hydraulische en morfologische effecten & compenserende
TRANSCRIPT
Universiteit Twente
September 2006
Jacob Harke
Definitief
Hydraulische en
morfologische effecten &
compenserende
maatregelen
Bepaald
Bouwen op palen in uiterwaarden
Universiteit Twente
Opleiding Civiele Techniek
Afdeling Waterbeheer
Drienerlolaan 5
Postbus 217
7500 AE Enschede
Begeleiders: Dr.ir. J.S. Ribberink
Dr. R.M.J. Schielen
(Werkzaam bij Rijkswaterstaat)
Adviesbureau Tauw BV
Tauw Deventer
Afdeling Water, Ruimte & Riolering
Handelskade 11
Postbus 133
7400 AC Deventer
Begeleider Ir. A.J.G. van der Maarel
Student
J. Harke (s0102601)
Hydraulische en
morfologische effecten
& compenserende
maatregelen
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke iii
Voorwoord
Dit afstudeeronderzoek is de afronding van de door mij gevolgde masterstudie
Waterbeheer binnen de opleiding Civiele Techniek. Het onderzoek is voor het grootste
deel uitgevoerd binnen adviesbureau Tauw en voor een klein deel binnen de afdeling
Waterbeheer van de faculteit Construerende Technische Wetenschappen van
Universiteit Twente.
Allereerst wil ik mijn vriendin Regien bedanken voor de ondersteuning die ze bewust
en onbewust heeft gegeven en voor het geven van opbouwende kritiek over het
rapport. Verder wil ik binnen de universiteit Jan Ribberink als hoofdbegeleider
bedanken voor het geven van tips en commentaar en Freek Huthoff voor de inzichten
in het beginstadium van het onderzoek. Binnen RIZA wil ik Ralph Schielen bedanken
voor het commentaar, de contacten binnen RIZA en het regelen van de benodigde
licenties, David Kroekenstoel voor het aanleveren van het rekenmodel en de hulp bij de
problemen hiermee in het begin van het onderzoek en Claus van den Brink voor het
uitvoeren van de 2D-berekeningen. Van adviesbureau Tauw wil ik Ton van der Maarel
bedanken voor het commentaar en de praktische kijk op het rapport en de collega’s
voor gevraagd en ongevraagd advies en voor de leuke tijd die ik bij Tauw heb gehad.
Jacob Harke
September 2006
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke iv
Samenvatting
Dit onderzoek gaat in op de grootschalige hydraulische en morfologische effecten van
het bouwen op palen in uiterwaarden en de compensatie van deze effecten. Als
uitgangspunt is een case genomen in de IJsseluiterwaard Wilpsche Klei bij Deventer,
waar de uiterwaard breed is, zodat ruimte aanwezig is om een woonwijk van 3000
woningen op palen te realiseren. Voor de eenvoudige analytische berekeningen is als
basis de formule van Chézy gebruikt, voor de 1D- en 2D-berekeningen zijn
hydraulische modellen gebruikt. Voor de morfologische berekeningen is gebruik
gemaakt van een user defined sedimenttransportformule die een afgeleide is van de
sedimenttransportformule van Meyer-Peter-Müller.
De grootschalige effecten zijn bepaald met behulp van eenvoudige analytische
berekeningen, 1D-modelberekeningen – SOBEK – en 2D-modelberekeningen –
WAQUA. Met WAQUA zijn alleen hydraulische berekeningen uitgevoerd. De
berekeningen zijn in een korte periode aan het eind van het onderzoek uitgevoerd door
Rijkswaterstaat.
Ten behoeve van de eenvoudige analytische berekeningen zijn IJsselprofielen uit het
Rijntakkenmodel, waarmee binnen SOBEK gerekend wordt, geschematiseerd tot een
bakkenprofiel, bestaande uit vier bakken. Eén bak voor de schematisatie van het
zomerbed, één voor de uiterwaard buiten de zomerkade, één voor de uiterwaard
binnen de zomerkade waarin de ingreep geschematiseerd wordt en één voor het
overige deel de uiterwaard binnen de zomerkade. Na schematisatie is de waterstand
voor de huidige situatie bij MHW-afvoer bepaald. Door kalibratie is de waterstand op
een niveau gebracht die door Rijkswaterstaat wordt gezien als maatgevende
waterstand. De kalibratieparameter hierbij is de bodemruwheid. De verhouding tussen
de werkelijke ruwheid en de gekalibreerde ruwheid is uitgedrukt in een
kalibratiefactor. Na kalibratie van het model zijn de palen in de betreffende bak
geschematiseerd als een toename van de bodemruwheid. Hierbij is uitgegaan van de
krachten die op de palen in stromend water werken; deze zijn te herleiden tot een
toename van de bodemruwheid. Deze ruwheid wordt opgeteld bij de – ongekalibreerde
– bodemruwheid tussen de palen en na vermenigvuldiging met de kalibratiefactor is
een nieuwe bodemruwheid berekend. Belangrijke parameters die invloed hebben op de
nieuwe bodemruwheid zijn de dikte van de palen, de hoeveelheid palen, de
plaatsingsdichtheid van de palen, de weerstandscoëfficiënt van de palen en de
bodemruwheid tussen de palen.
Bij de 1D-modelberekeningen is de invloed van de palen op eenzelfde manier in een
ruwheidvergroting uitgedrukt als bij de eenvoudige analytische berekeningen. Daarbij
is eerst de in het model aanwezige gekalibreerde ruwheid omgezet in een
ongekalibreerde ruwheid, waarna de invloed van de palen erbij op is geteld en het
geheel vermenigvuldigd is met de kalibratiefactor van het 1D-model.
Binnen het 2D-model zijn de palen uitgedrukt in aangestroomd oppervlak. Doordat
de bodemruwheid die opgenomen is in het model ongeveer overeenkomt met de
werkelijke ruwheid is het aangestroomde oppervlak rechtstreeks toe te voegen aan de
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke v
bodemruwheid. Doordat de bodemruwheid in werkelijkheid varieert ter plaatse van de
ingreep, en dit moeilijkheden en veel tijdverlies oplevert bij de invoer van de palen, is
een vaste ruwheidzwaarte opgenomen voor het gebied. De schatting is dat deze
ruwheid iets hoger is dat de werkelijke ruwheid.
Het maximale waterstandverhogende effect van het bouwen op palen volgens de case,
berekende met het eenvoudige analytische model is 3,0 cm. Berekend met het 1D-model
is dit 3,2 cm. Het opstuwende effect berekend met het 2D-model is 1,3 cm op de as van
de rivier. In de uiterwaarden is het effect groter, tot maximaal ongeveer 3 cm. De
schatting is dat de opstuwing iets lager is wanneer uitgegaan wordt van de werkelijke
ruwheid in de uiterwaard. Veranderingen in belangrijke parameters veroorzaken een
toename of afname van enkele centimeters in het wateropstuwende effect.
Het effect op de bodem, berekend met het eenvoudige analytische model, is een
maximale bodemdaling van ongeveer 0,5 cm per dag, ter hoogte van de ingreep, bij
MHW-afvoer. Bovenstrooms van de ingreep treedt een te verwaarlozen stijging van de
bodem op. Bij lagere afvoeren neemt het effect op de bodem af tot nagenoeg nul bij een
afvoer van 1000 m3/s. Het maximale effect dat op kan treden ter plaatse van de ingreep
is een bodemdaling van 0,62 meter bij een MHW-afvoer en een situatie waarin de rivier
in evenwicht is. Dit zal echter in werkelijkheid niet optreden doordat de afvoer varieert
in de tijd waardoor de evenwichtsituatie niet bereikt wordt. Uit de 1D-berekeningen
komt naar voren dat de bodem gemiddeld daalt met ongeveer 2,5 cm in 25 jaar,
uitgaande van een gemeten afvoerreeks tussen 1973 en 1998. Plaatselijk treedt echter
ook bodemstijging op, afhankelijk van de afvoer. Bij hoge gemeten afvoeren is de
maximale stijging van de bodemhoogte ongeveer 9 cm, terwijl op hetzelfde moment op
een andere plaats een bodemdaling optreedt van ongeveer 12 cm. Wanneer een MHW-
afvoerperiode in de serie wordt ingevoegd, blijkt het effect op de bodem op te kunnen
lopen tot plaatselijk 21 cm stijging en 20 cm daling. Het blijkt dat de veranderingen in
bodemniveau zich in de loop van de tijd in benedenstroomse richting voortbewegen,
waarbij de effecten kleiner worden. Bovenstrooms verandert de bodemhoogte
nagenoeg niet.
De hydraulische resultaten berekend met de eenvoudige analytische berekeningen en
de 1D-berekeningen komen overeen. Over het algemeen liggen de uitkomsten van de
1D-berekeningen iets hoger dan de uitkomsten van de eenvoudige analytische
berekeningen. Het opstuwende effect berekend met het 2D-model is lager. De waarde
die aan de 2D-uitkomsten gehecht wordt is klein, aangezien hier geen diepgaand
onderzoek naar gedaan is. Deze uitkomsten dienen vooralsnog ter indicatie.
Het verschil in de uitkomsten van de verschillende methoden wat betreft de effecten
op de bodem, wordt veroorzaakt door de schematisatie ten behoeve van de eenvoudige
analytische berekeningen. In werkelijkheid – en in het SOBEK-Rijntakkenmodel –
komen lange zandgolven in de rivier voor die spreiding in de effecten veroorzaken,
terwijl bij de eenvoudige analytische berekeningen gerekend wordt met een vast
bodemverhang. Bij de eenvoudige analytische berekeningen is ervan uitgegaan dat
benedenstrooms geen effecten optreden terwijl uit de 1D-berekeningen naar voren
komt dat dit wel het geval is – door het verplaatsen van de zandgolven. In grote lijnen
kan gezegd worden dat de effecten wel op elkaar lijken: bovenstrooms ontstaat een
minieme bodemstijging, terwijl ter plaatse van de ingreep gemiddeld de bodem daalt.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke vi
De veranderingen benedenstrooms worden veroorzaakt door het in benedenstroomse
richting voortbewegen van de ter plaatse van de ingreep opgetreden veranderingen.
Om de effecten van het bouwen op palen in de uiterwaard te compenseren, moeten
maatregelen getroffen worden. De maatregelen die toegepast kunnen worden in het
geval van de case zijn uiterwaardafgraving en de aanleg van een nevengeul. Een
uiterwaardafgraving waarbij het waterstandopstuwende effect van de ingreep wordt
gecompenseerd en waarbij voldaan wordt aan het gestelde veiligheidscriterium, heeft
weinig invloed op de bodem ten opzichte van de situatie met alleen de ingreep. Een
nevengeul veroorzaakt extra bodemstijgingen – en dalingen – in vergelijking tot de
situatie met alleen de ingreep. In beide gevallen moet plaatselijk periodiek gebaggerd
worden om te voldoen aan het gestelde scheepvaartcriterium. De kosten voor de
realisatie van de uiterwaardafgraving zijn per woning – uitgaand van de case: 3000
woningen – 9.800,- tot 23.500,- euro met 20,- tot 48,- euro aan jaarlijkse baggerkosten. De
kosten voor de realisatie van de nevengeul zijn per woning 5.800,- tot 12.100,- euro met
bijkomende jaarlijkse kosten van 60,- tot 144,- euro. De variatie in kosten ontstaat
doordat de verontreinigingsklasse van de bodem niet bekend is. De werkelijke kosten
zijn sterk afhankelijk van de marktsituatie, zodat de weergegeven kosten moeten
worden gezien als een indicatie. De kosten zijn hoog aangehouden.
Naar aanleiding van het uitgevoerde onderzoek kan een aantal aanbevelingen gedaan
worden.
- De case gaat uit van een wijk in een rivierbocht. De invloed hiervan op de
waterstroming is in het eenvoudige analytische model verwerkt in een klibratiefactor.
Het is preciezer de effecten van een rivierbocht mee te nemen in de berekeningen.
- In het 1D-model is het niet mogelijk over de breedte van de uiterwaard verschillende
waarden op te nemen voor de bodemruwheid. De nauwkeurigheid van de uitkomsten
wordt groter indien dit wel mogelijk gemaakt wordt in het model.
- Uit de uitgevoerde 2D-berekeningen komt naar voren dat 2D-modeluitkomsten lager
zijn dan de uitkomsten van de andere twee modellen. Hier is echter niet diepgaand
onderzoek naar gedaan. Dit is wel nodig om te kunnen bepalen of de uitkomsten van
de andere modellen ook echt te hoog zijn. Vooral omdat 2D-modeluitkomsten over het
algemeen als nauwkeuriger worden gezien. Verder kunnen 2D-modellen beter inzicht
geven in de ontwikkelingen van de lange zandgolven.
- Er is onderzoek gedaan naar de invloed van enkele parameters op de uitkomsten.
Wanneer de invloed van meer parameters op de uitkomsten wordt bepaald, wordt de
toepasbaarheid van de uitkomsten voor andere locaties inzichtelijk. Verder kan er een
spreadsheet gemaakt worden waarmee door het invoeren van uiterwaardkenmerken en
bebouwd oppervlak de invloed op de waterstand is te bepalen.
- De kosten van de compenserende maatregelen liggen ver uit elkaar, afhankelijk van
de bodemverontreiniging. Een nauwkeuriger inschatting van de kosten kan gemaakt
worden als meer bekend is over de bodemverontreiniging op een locatie. Kennis van de
markt is ook van belang voor het nauwkeurig inschatten van de kosten.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke vii
Summary
In this report large scale hydrologic and morphologic effects of building on piles in
floodplains and the compensation of these effects are investigated. Starting point of this
research is a case in the floodplain Wilpsche Klei – in the river IJssel –, near the city of
Deventer, where is enough space to build 3000 houses on piles in the floodplain. For
hydraulic calculations the Chézy-equation is used whereas for morphological
calculations a user defined equation is used. This equation is derived from the
sedimenttransportformula of Meyer-Peter-Müller.
The large scale effects are calculated with simple analytical calculations, 1D-model
calculations – SOBEK – and 2D-model calculations – WAQUA. With WAQUA only
hydraulic calculations are made. These calculations are made by Rijkswaterstaat, in
short term.
For the simple analytical calculations a schematization has been made. Profiles of the
IJssel river out of the SOBEK-Rijntakken model have been schematized into a cascade
model with four parts. One part for the schematization of the summer bed, one for the
floodplain on the outer side of the summer dike, one for the floodplain within the
summer dike where the intervention – building on piles – will take place and one part
for the remaining part of the floodplain within the summer dike. After schematization
for the current situation the water level is calculated by normative discharge – 2459
m3/s. By calibrating the water level will be set equal to the normative water level which
is determined by Rijkswaterstaat. The parameter of calibration is the bottom roughness.
The rate between the present roughness and the calibrated roughness is expressed in a
factor of calibration. After calibration the piles are schematized as an increase in
floodplain roughness. To calculate the increase of roughness the forces on the piles in
flowing water are important. The roughness caused by the piles together with the un-
calibrated floodplain roughness between the piles results in a new roughness after
multiplying with the factor of calibration. Parameters which highly influence the new
roughness are: the thickness of the piles, the amount of piles, the placing compactness
of the piles, the drag coefficient of the piles and the roughness of the floodplain
between the piles.
For the 1D-calculations the influence of the piles is expressed in a same way as in the
simple analytical calculations: as an increase of floodplain roughness. The calibrated
roughness in the model is converted into an un-calibrated roughness, which is added
up with the influence of the piles and multiplied with the factor of calibration of the 1D-
model.
Within the 2D-model the piles are expressed in the surface of the piles that is directly
exposed to the water current. The bottom roughness in the model equals the roughness
in the field, what makes it relatively easy to put the influence of the piles into the
model. However, the different kinds of roughness types in the area where the
intervention take place makes it difficult and takes a lot of time. Therefore the different
types of roughness are replaced by one roughness type. Probably this roughness is little
higher than the roughness in the field.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke viii
The maximum water level rise caused by building on piles calculated with simple
analytical calculations is 3,0 cm. 1D-calculations results in a rise of 3,2 cm. The water
level rise calculated with the 2D-model is 1,3 cm in the middle of the river. In the
floodplains the effect is higher, up to about 3 cm. The estimated water level rise is
slightly smaller when the different field bottom roughness is used during the
calculations. By changing important parameters the results will be some centimetres
higher or lower.
The change in bottom level by normative discharge calculated with simple analytical
calculations is a decrease of 0,5 cm a day at the place where the intervention is planned.
From this point upstream the changes in bottom level are hardly noticeable. At lower
discharges the bottom change is smaller, up to almost zero at a discharge of 1000 m3/s.
The maximum bottom change that is possible is a decrease of 0,62 meter at the place of
intervention. This is calculated by using a normative discharge and a situation where
the river is in balance. In reality this will never occur because due to variations in
discharge the river never reaches the balanced situation. Long term effects on the
bottom calculated with 1D-calculations and a measured discharge range of 25 year –
1973 until 1998 – results in an average decrease of 2,5 cm. However, locally some parts
of the river bottom rise, depending on the discharge. At the highest measured
discharges the maximum local bottom rise will be about 9 cm, whereas elsewhere
during the same calculations the bottom level decreases about 12 cm. After a normative
discharge period the bottom rise will be up to 21 cm and the decrease of bottom level
will be up to 20 cm. These effects move downstream while the effects decrease.
Upstream the effects are negligible.
The hydraulic results calculated with simple analytical calculations and 1D-
calculations correspond. In general the results of 1D-calculations are slightly higher
than results from simple analytical calculations. The water level rise calculated by the
2D-model is smaller. But the value with witch the 2D-results are awarded is small,
because the investigation is not profound. The results as yet will be seen as an
indication that the results calculated with the other models might be too high.
Differences between bottom changes, calculated with the different methods, are
caused by the simplifications in the cascade schematization for the simple analytical
calculations. In reality – and in the SOBEK-Rijntakkenmodel – long sand waves occur
which cause different results along the river, whereas in the simple analytical
calculations the river bottom is assumed to have one continuous slope. For the simple
analytical calculations it is assumed that there are no downstream effects, while from
the 1D-calculations this seems to be wrong. Roughly can be said that the bottom change
correspond: upstream the bottom level changes hardly; at the place where the
intervention is planned the average bottom level decreases. The bottom changes
downstream arise due to the downstream moving of the bottom changes which occur at
the place where the intervention is planned.
To compensate the effects of building on piles in the floodplain measures have to be
taken. Appropriate measures for the case seem to be floodplain lowering and the
construction of a secondary channel in the floodplain. A designed lowering of the
floodplain just to reduce the water level to fulfil the formulated safety criterion has
hardly any effect on the bottom compared to the effects caused by the intervention. The
construction of a secondary channel results in higher effects and in other places lower
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke ix
bottom levels, compared to bottom levels caused by the intervention. In both cases local
and periodic dredging is necessary to fulfil the formulated shipping criterion. The costs
to carry out floodplain lowering are 9.800,- to 23.500,- euro per house with 20,- to 48,-
euro yearly costs for dredging per house. The realization of a secondary channel in the
floodplain costs 5.800,- to 12.100,- euro per house with additional yearly costs for
dredging of 60,- to 144,- euro per house. Because it is not known if, or what kind, of
pollution exists in the bottom of the floodplain the costs variate a lot. Further more the
real costs depend on the market situation.
As a result of the investigation several recommendations can be made.
- The 3000 houses according to the case will be built in a river bent. This bent
influences the water current. This influence is discounted into a factor of calibration. It
is more precise to take the influence of the bent info account during the calculations.
- In the 1D-model it is not possible to variate the bottom roughness in the width of the
floodplain. The accuracy of the results will become better if this is possible by model
adaptations.
- The 2D-results are slightly smaller than the other model results. But the 2D-
investigations are less profound. More 2D-investigations are necessary to make sure
that the results are really smaller. Furthermore 2D-models give better insight into the
development of long sand waves.
- How different parameters influence the calculated effects is investigated. By
extending these investigations the applicability of the results to other locations becomes
clearer.
- There is a wide range between the costs of the compensating measures. This range is
wide because the height of the costs mainly depends on the bottom pollution, and there
is little known about it. A much better estimation can be made when there is more data
about bottom pollution. Knowledge of the market development is necessary too, to
make good estimations of the costs.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke x
Inhoudsopgave
VOORWOORD .................................................................................................................................. I
SAMENVATTING.......................................................................................................................... IV
SUMMARY......................................................................................................................................VII
INHOUDSOPGAVE.........................................................................................................................X
1 INLEIDING ...............................................................................................................................1
1.1 AANLEIDING.......................................................................................................................1 1.2 DOELSTELLING ...................................................................................................................1 1.3 ONDERZOEKSVRAGEN........................................................................................................2 1.4 LEESWIJZER .........................................................................................................................3
2 CASE ...........................................................................................................................................4
2.1 BESCHRIJVING CASE............................................................................................................4 2.2 UITGANGSPUNTEN .............................................................................................................5 2.3 VERWACHTE EFFECTEN ......................................................................................................5
3 EENVOUDIGE ANALYTISCHE BEREKENING ...............................................................8
3.1 SCHEMATISATIE ..................................................................................................................8 3.2 REKENMETHODE...............................................................................................................10
3.2.1 Waterstand ........................................................................................................................10 3.2.2 Bodemniveau .....................................................................................................................11 3.2.3 Bouwen op palen................................................................................................................14 3.2.4 Model .................................................................................................................................17
3.3 INVOER..............................................................................................................................18 3.4 KALIBRATIE.......................................................................................................................21 3.5 RESULTATEN .....................................................................................................................22
3.5.1 Hydraulisch .......................................................................................................................22 3.5.2 Morfologisch ......................................................................................................................24
3.6 PARAMETERGEVOELIGHEID .............................................................................................26 3.6.1 Aantal palen ......................................................................................................................27 3.6.2 Spreiding palen ..................................................................................................................27 3.6.3 Plaatsingspatroon palen ....................................................................................................28 3.6.4 Bodemruwheid tussen palen ..............................................................................................29 3.6.5 Weerstandscoëfficiënt palen...............................................................................................29
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke xi
3.7 ANALYSE RESULTATEN.....................................................................................................30 3.7.1 Hydraulisch .......................................................................................................................30 3.7.2 Morfologisch ......................................................................................................................31
4 1D-MODELBEREKENING ...................................................................................................32
4.1 MODEL ..............................................................................................................................32 4.2 HUIDIGE SITUATIE ............................................................................................................34
4.2.1 Hydraulisch .......................................................................................................................34 4.2.2 Morfologisch ......................................................................................................................35
4.3 BOUWEN OP PALEN ..........................................................................................................36 4.3.1 Algemeen ...........................................................................................................................36 4.3.2 Methode .............................................................................................................................37 4.3.3 Invoer.................................................................................................................................38
4.4 EFFECTEN BOUWEN OP PALEN .........................................................................................38 4.4.1 Hydraulisch .......................................................................................................................39 4.4.2 Morfologisch ......................................................................................................................40 4.4.3 Gecombineerd ....................................................................................................................43
4.5 PARAMETERGEVOELIGHEID .............................................................................................44 4.5.1 Aantal palen ......................................................................................................................45 4.5.2 Bodemruwheid tussen palen ..............................................................................................45 4.5.3 Weerstandscoëfficiënt palen...............................................................................................45
4.6 ANALYSE EFFECTEN..........................................................................................................47 4.6.1 Hydraulisch .......................................................................................................................47 4.6.2 Morfologisch ......................................................................................................................48
5 2D-MODELBEREKENING ...................................................................................................50
5.1 MODEL ..............................................................................................................................50 5.2 AANPAK............................................................................................................................50 5.3 RESULTATEN .....................................................................................................................52 5.4 ANALYSE...........................................................................................................................52
6 COMPENSERENDE MAATREGELEN ..............................................................................54
6.1 CRITERIA ...........................................................................................................................54 6.1.1 Scheepvaart ........................................................................................................................54 6.1.2 Veiligheid ...........................................................................................................................55
6.2 COMPENSERENDE MAATREGELEN ...................................................................................55 6.2.1 Zomerkadeverwijdering .....................................................................................................56 6.2.2 Dijkverlegging ...................................................................................................................58 6.2.3 Uiterwaardafgraving .........................................................................................................60 6.2.4 Nevengeul ..........................................................................................................................61 6.2.5 Analyse ..............................................................................................................................63
6.3 INPASBAARHEID ...............................................................................................................64 6.3.1 Dijkverlegging ...................................................................................................................65 6.3.2 Uiterwaardafgraving .........................................................................................................65 6.3.3 Nevengeul ..........................................................................................................................65
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke xii
6.4 KOSTENINDICATIE ............................................................................................................65 6.4.1 Uiterwaardafgraving .........................................................................................................66 6.4.2 Nevengeul ..........................................................................................................................67 6.4.3 Kosten per woning .............................................................................................................68
6.5 DISCUSSIE..........................................................................................................................68
7 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN .............................................................................70
7.1 DISCUSSIE..........................................................................................................................70 7.2 CONCLUSIES......................................................................................................................70
7.2.1 Resultaten ..........................................................................................................................71 7.2.2 Vergelijking modellen ........................................................................................................72 7.2.3 Appropriate modeling ........................................................................................................73
7.3 AANBEVELINGEN..............................................................................................................74
NAWOORD ......................................................................................................................................76
WOORDENLIJST.............................................................................................................................77
LITERATUUR ...................................................................................................................................79
BIJLAGE A: ONDERBOUWING AANTAL PALEN .................................................................81
BIJLAGE B: RIVIERPROFIELEN SOBEK ...................................................................................82
BIJLAGE C: ONDERBOUWING STROMEND WATER .........................................................85
BIJLAGE D: KRACHTENBALANS PALEN ...............................................................................86
BIJLAGE E: RUWHEIDWAARDEN ECOTOPEN .....................................................................87
BIJLAGE F: WATERSTAND VOOR INGREEP .........................................................................88
BIJLAGE G: WATERSTAND NA KALIBRATIE .......................................................................89
BIJLAGE H: BEREKENING RUWHEIDCOËFFICIËNT ..........................................................90
BIJLAGE I: WATERSTAND NA INGREEP EN KALIBRATIE ...............................................91
BIJLAGE J: SOBEK RUWHEID NA INGREEP ..........................................................................93
BIJLAGE K: AFVOERREEKS VAN 25 JAAR..............................................................................94
BIJLAGE L: LOCATIE MAATREGELEN ....................................................................................95
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 1
Hoofdstuk
1 Inleiding
In deze inleiding wordt allereerst een aanleiding gegeven voor het
afstudeeronderzoek dat in dit rapport beschreven staat. Na de aanleiding van het
onderzoek volgt de doelstelling van het onderzoek die geconcretiseerd wordt in de
daarop volgende onderzoeksvragen. Als laatste wordt in een leeswijzer weergegeven
wat de inhoud van de verschillende hoofdstukken van het rapport is.
1.1 Aanleiding
In Nederland zijn veel mensen die graag aan het water zouden willen wonen. De
vraag naar woningen in de buurt van water of zelfs op het water neemt toe. Door deze
vraag worden plassen en rivieren meer en meer ingesloten door bebouwing. Dit terwijl
door een toename van rivierafvoer de vraag naar ruimte voor water toeneemt. Vooral
voor riviergemeenten, waar een groeiende vraag is naar woonruimte en waar het
ruimtetekort voor het water bij grote rivierafvoeren soms pijnlijk zichtbaar wordt,
speelt de vraag hoe deze problemen – gelijktijdig – aangepakt kunnen worden.
De beleidslijn Grote Rivieren is inmiddels van kracht, wat betekent dat de regels ten
aanzien van bouwen in uiterwaarden versoepeld zijn ten opzichte van de daarvoor
geldende beleidslijn Ruimte voor de Rivieren. Op aangewezen locatie mag onder strikte
voorwaarden gebouwd worden in de uiterwaarden, waarbij de risico’s en de kosten
voor het creëren van compenserende ruimte voor water voor rekening van de
initiatiefnemer zijn.
Om in de groeiende vraag naar woningen en ruimte voor water te voorzien, gaan nu
al stemmen op om de beleidslijn nog meer te versoepelen om meer woningbouw in
uiterwaarden toe te staan, waarbij tegelijkertijd ruimte voor water gecreëerd wordt.
Hierdoor kan de ruimtelijke woonkwaliteit toenemen. Tegen deze ideeën is echter ook
veel bezwaar, aangezien weinig kennis aanwezig is op dit terrein: onbekend is wat de
effecten van het grootschalig bouwen in uiterwaarden in maatschappelijke, technische,
economische, ecologische en juridische zin zijn.
1.2 Doelstelling
In de aanleiding komt naar voren dat weinig bekend is over de effecten van
grootschalige bouw in uiterwaarden. Het in dit rapport beschreven onderzoek dient om
hier meer inzicht in te krijgen. De doelstelling van dit afstudeeronderzoek is:
1
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 2
Aanbevelingen doen met betrekking tot bouwen op palen in uiterwaarden door het inzichtelijk
maken van de globale hydraulische en morfologische effecten hiervan en de financiële
consequenties die dit met zich meebrengt in de zin van de benodigde compenserende
ruimtecreatie voor water.
1.3 Onderzoeksvragen
Vanuit de doelstelling kunnen onderzoeksvragen opgesteld worden waar gedurende
het onderzoek expliciet of impliciet antwoorden op gegeven worden. De
onderzoeksvragen zijn onder te verdelen in deelvragen. De onderzoeksvragen met
bijbehorende deelvragen zijn:
1) Wat zijn de globale – grootschalige – hydraulische en morfologische effecten van het
bouwen op palen in uiterwaarden?
a) Welke grootschalige effecten worden verwacht?
b) Hoe moeten palen geschematiseerd worden?
c) Wat is de invloed van verschillende parameters op de uitkomsten?
d) Komen de effecten berekend met eenvoudige analytische berekeningen
overeen met 1D SOBEK-resultaten?
e) Komen de 1D SOBEK-resultaten overeen met de 2D WAQUA-resultaten?
f) Zijn de effecten van het bouwen op palen in uiterwaarden door middel
van eenvoudige analytische berekeningen in te schatten?
2) Wat is de omvang van de verschillende compenserende maatregelen, zodat voldaan
wordt aan de criteria met betrekking tot waterstand en bodemhoogte?
a) Welke criteria zijn maatgevend met betrekking tot waterstand en
bodemhoogte?
b) Wat is de omvang van de compenserende maatregelen?
3) Wat zijn de globale kosten die het bouwen op palen in uiterwaarden met zich mee
brengt aan compenserende maatregelen?
a) Wat is de praktische inpasbaarheid van de maatregelen in het geval van
de case?
b) Wat zijn de eenmalige kosten?
c) Wat zijn de – bijkomende – jaarlijkse kosten?
De eerste onderzoeksvraag is het belangrijkste. Hier wordt diep op ingegaan; het
grootste deel van dit rapport heeft hier betrekking op. Hierbij wordt vooral ingegaan op
de eenvoudige analytische berekeningen en de 1D-berekeningen. De 2D-berekeningen
zijn door Rijkswaterstaat uitgevoerd binnen een kort tijdsbestek zodat deze resultaten
alleen ter indicatie zijn. Het tweede deel, de benodigde compenserende maatregelen
met bijbehorende kosten, wordt slechts globaal behandeld.
Als uitgangspunt voor het onderzoek wordt een case genomen. Om de aanbevelingen
met betrekking tot de eerste onderzoeksvraag niet te beperken tot de specifieke case
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 3
wordt de input van de case variabel gesteld – er wordt ingegaan op de invloed van
verschillende parameters op de uitkomsten. De tweede en derde onderzoeksvraag
hebben vooral betrekking op de case: voor de case wordt de omvang van de toe te
passen compenserende maatregelen bepaald en worden de eenmalig kosten –
uitvoeringskosten – en jaarlijkse kosten globaal bepaald. Als bijkomende kosten
worden de kosten voor het uitvoeren van baggerwerk opgenomen, evenals de globale
onderhoudskosten.
1.4 Leeswijzer
In hoofdstuk 2 wordt de case beschreven die als uitgangspunt dient voor het
onderzoek. Hierin worden ook de verwachte resultaten beschreven. In hoofdstuk 3
wordt ingegaan op de eenvoudige analytische berekeningen, terwijl in hoofdstuk 4 de
1D-modelberekeningen worden behandeld. Hoofdstuk 5 staat in het teken van de 2D-
berekeningen, terwijl in hoofdstuk 6 wordt ingegaan op compenserende maatregelen.
Als laatste worden in hoofdstuk 7 conclusies getrokken en worden aanbevelingen
gedaan.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 4
Hoofdstuk
2 Case
In dit hoofdstuk wordt beschreven welke case als uitgangspunt dient voor het
onderzoek en welke uitgangspunten hierbij gelden. Ook wordt ingegaan op de te
verwachten effecten in de rivier, in hydraulische en morfologische zin, veroorzaakt
door de bebouwing in de uiterwaarden.
2.1 Beschrijving case
De case waarvan uitgegaan wordt bij het onderzoek is een fictieve woonwijk in de
uiterwaard Wilpsche Klei aan de IJssel, stroomopwaarts van Deventer. De wijk ligt in
de bocht van de IJssel bij het dorp Gorssel. De IJssel heeft ter plaatse van de fictieve
woonwijk een breedte van 2 kilometer tot ruim 3 kilometer – inclusief de uiterwaarden.
In figuur 2.1 is het onderzoeksgebied weergegeven.
De fictieve woonwijk bevindt zich in de uiterwaard binnen de zomerkade, tussen de
Weerdseweg en de Oyseweg. Het totale oppervlak van het woongebied is ongeveer 150
ha. Het aantal woningen en gebouwen in het gebied is ongeveer 3000. De ontsluiting
van de wijk loopt via een brug vanaf het dorp Wilp. De gebouwen worden op palen
geplaatst, zodat bij grote rivierafvoeren het water er onderdoor kan stromen. In figuur
2.2 is de locatie van de wijk weergegeven.
2
De Hoven
Stadsweiden
Gorssel
Wilpsche Klei
Wilp
Binnenstad Deventer
Het stadsland
Figuur 2.1: Onderzoeksgebied. Figuur 2.2: Locatie wijk
3000 woningen
150 ha
Deventer
Gorssel
Wilp
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 5
2.2 Uitgangspunten
Ten behoeve van de uit te voeren berekeningen is hier voor de case een aantal
algemene uitgangspunten opgesteld wat betreft de hoeveelheid palen:
∼ Voor de gebouwen wordt in eerste instantie een gemiddeld aantal van 6 palen
per gebouw genomen – zie bijlage A;
∼ De spreiding van de gebouwen, en daarmee de palen, over de wijk is
gelijkmatig;
∼ De palen onder de woningen zijn rond: dit is een standaardvorm die minder
stromingsweerstand oplevert dan vierkante palen. De diameter is 0,5 meter, zie
bijlage A;
∼ De palen onder de eerste rij gebouwen, van stroomopwaarts bezien, hebben
grotere afmetingen dan de palen onder de rest van de gebouwen: dit is om
weerstand te bieden tegen aanvaringen van los geslagen schepen en dergelijke.
Bij de berekeningen wordt echter uitgegaan van gemiddelde afmetingen;
∼ Voor de brug wordt uitgegaan van een lengte van 1 km, met om de 25 meter
drie palen met een diameter van 0,5 meter. In totaal worden voor de brug dus
120 palen in rekening gebracht;
De totale hoeveelheid palen is 18.120, met een diameter van 0,5 meter.
Bij de berekeningen wordt ervan uitgegaan dat de situatie van het gebied – wat betreft
bijvoorbeeld hoogteligging en bestaande zomerkades – niet verandert ten opzichte van
de huidige situatie, tenzij bij de berekeningen anders wordt vermeld.
Nadat de berekeningen zijn uitgevoerd met de genoemde uitgangspunten, wordt
bekeken in hoeverre de uitkomsten beïnvloed worden door veranderingen in de
hoeveelheid palen, de vorm waarin de palen zijn geplaatst – langgerekt veld met palen
of vierkant veld met palen –, de spreidingsdichtheid van de palen en de
weerstandscoëfficiënt van de palen. Ook wordt gekeken wat de invloed van de
ruwheid tussen de palen is op de uitkomsten: doordat de functie landbouw ter plaatse
van de bebouwing op palen – verder ook aangeduid met ingreep – in de uiterwaard
waarschijnlijk verdwijnt, zal de ruwheid wellicht toenemen.
2.3 Verwachte effecten1
Een wijk in de uiterwaarden zal naar verwachting invloed hebben op aanwezige
rivierprocessen. De verwachting is dat bij bepaalde afvoeren de waterstroming
veranderen zal ten opzichte van de situatie voordat de wijk er is. Deze
stromingsverandering zal resulteren in hydraulische en morfologische veranderingen.
Bij normale, gemiddelde rivierafvoeren zal de IJssel door de zomerbedding stromen.
De gebouwen in de uiterwaard zullen in deze situatie geen invloed hebben op de
waterstroming.
1 Er is gebruik gemaakt van de literatuur [Ribberink, J.S., Hulscher, S.J.H.M., 2003] en [Ribberink, J.S., 2004].
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 6
Wanneer de rivierafvoer stijgt, zal op een gegeven moment water door de uiterwaard
gaan stromen. Dit water kan niet vrij door de uiterwaard stromen, maar zal worden
gehinderd door de palen waarop de gebouwen aangebracht zijn. Door de hinder zal de
stroomsnelheid van het water in de uiterwaarden kleiner worden en zal de afvoer door
de uiterwaarden afnemen. Het gevolg is dat meer water door het zomerbed zal gaan
stromen en dat de waterstand hoger zal worden. Door de extra afvoer door het
zomerbed zal de stroomsnelheid hier toenemen – ondanks dat de waterstand ook stijgt.
De reden dat ook de stroomsnelheid toeneemt, is dat binnen de afstand waarover de
wijk is gebouwd – twee kilometer – het water niet de nieuwe evenwichtdiepte –
behorende bij de nieuwe afvoer – kan bereiken. Kort gezegd is de verwachting dat de
hydraulische effecten ter hoogte van de wijk op palen zijn: een hogere waterstand in
zomer- en winterbed, een lagere stroomsnelheid in de uiterwaard en een hogere
stroomsnelheid in het zomerbed.
Stroomopwaarts van de bebouwing zal de waterstand ook hoger worden door de
ingreep, aangezien het water tientallen km nodig heeft om weer de evenwichtsdiepte
bovenstrooms te bereiken. Doordat hier verder de situatie niet veranderd is, zal de
stroomsnelheid hier afnemen – zowel in de uiterwaard als in het zomerbed. In figuur
2.1 is het verloop van de waterstand schematisch weergegeven bij een hoge afvoer.
De hoeveelheid getransporteerde sediment is afhankelijk van de korrelgrootte en de
stroomsnelheid van het water. Wanneer door een ingreep de stroomsnelheid in een
rivier verandert, zal het sedimenttransport ook veranderen en daarmee ook de
bodemhoogte. De verwachting is dat dit ook bij de IJssel zal gebeuren, ter plaatse van
de wijk in de uiterwaard en bovenstrooms.
De hydraulische en morfologische effecten als hiervoor besproken treden op tijdens
hoog water, wanneer de uiterwaarden meestromen. Doordat water vrijwel direct
reageert op een belemmering zal het hydraulische effect bij hoog water ook vrijwel
direct optreden. Het morfologische effect echter zal tijd nodig hebben om op te treden.
Eén hoog water van korte duur kan morfologische veranderingen veroorzaken, maar
deze veranderingen kunnen snel verdwijnen bij een lagere afvoer. De kans op blijvende
morfologische veranderingen wordt groter naarmate de uiterwaarden vaker
meestromen met het zomerbed.
Bij een hoog water is de verwachting dat in de loop van de tijd de bodem van het
zomerbed zal veranderen, totdat een nieuwe evenwichtsituatie ontstaat – hier kan wel
50 jaar of meer overheen gaan. Deze nieuwe evenwichttoestand zal niet bereikt worden
Q
ib
ingreep
Figuur 2.1: Schematisatie waterstandverloop bij de ingreep in de uiterwaard.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 7
aangezien hoogwater maar een beperkte periode voorkomt. Echter, deze
evenwichtsituatie geeft wel de maximale veranderingen weer die op kunnen treden.
De verwachting is, dat door de toename van de afvoer door het zomerbed in de
evenwichtsituatie ter hoogte van de ingreep een bodemsprong zal ontstaan. Het
bodemverhang zal kleiner worden, terwijl de waterdiepte groter wordt.
Stroomopwaarts van de ingreep zal de bodem ook dalen, maar minder dan ter plaatse
van de ingreep. Het waterspiegelverhang zal gelijk zijn aan het bodemverhang, terwijl
hier de waterdiepte hier gelijk blijft. Dat betekent dat bovenstrooms de waterstand zal
dalen. In figuur 2.2 is het beschrevene weergegeven.
Wanneer de toestand van de rivier naar een evenwichtsituatie toegaat, zal de
beschreven bodemverandering optreden. Wanneer dit het geval is, zal het netto
waterstandverhogende effect bij een hoogwatergolf kleiner zijn dan in de
uitgangssituatie van de rivier. Dit kleinere effect op de waterstand ontstaat doordat de
waterstand vanaf de benedenstroomse rand van het gebied waar de ingreep
plaatsvindt, daalt in stroomopwaartse richting, zie figuur 2.2.
i
Q
ingreep
Figuur 2.2: Schematisatie waterstandverloop en bodemverloop bij de ingreep in de uiterwaard.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 8
Hoofdstuk
3 Eenvoudige analytische berekening
In dit hoofdstuk wordt beschreven hoe met behulp van eenvoudige analytische
berekeningen een eerste globale inschatting kan worden gemaakt van de effecten van
het bouwen in uiterwaarden, als beschreven in de case. Allereerst wordt beschreven
hoe de situatie rond de plaats van de wijk in de uiterwaard geschematiseerd kan
worden. Daarna wordt ingegaan op de methodes waarop de berekeningen zijn
uitgevoerd, waarna voor de huidige situatie de verschillende benodigde in te voeren
parameters voor de case worden gegeven. Hierna volgt de kalibratie van het
analytische rekenmodel en worden de berekeningen uitgevoerd voor de situatie met
ingreep. In de daarop volgende paragrafen volgen de resultaten van de berekeningen
en wordt het effect van verschillende parameters op de waterstand in beeld gebracht.
Als laatste worden de resultaten geanalyseerd. De berekeningen worden uitgevoerd
met behulp van het programma Excel.
3.1 Schematisatie
De rivier IJssel met bijbehorende uiterwaarden, ter plaatse van de bebouwing in de
uiterwaard, moet sterk vereenvoudigd worden weergegeven voordat de eenvoudige
analytische berekeningen kunnen worden uitgevoerd. Over de lengte waarover de
bebouwing in de uiterwaard plaatsvindt, moet de breedte en diepte van de rivier – met
bijbehorende uiterwaarden – gemiddeld en geschematiseerd worden tot een bakprofiel
met vier rechthoekige bakken. Het zomerbed wordt geschematiseerd als één bak en de
uiterwaard als drie bakken: één bak voor de uiterwaard buiten de zomerkade, één bak
voor de uiterwaard binnen de zomerkade waarin de ingreep zal worden
geschematiseerd en één bak voor de rest van de uiterwaard binnen de zomerdijk. De
schematisatie is bepaald aan de hand van gegevens afkomstig van het door
Rijkswaterstaat ontworpen Rijntakkenmodel. Op dit model zal verder worden ingegaan
in hoofdstuk 4. In dit model is per vak van 500 meter een schematische
dwarsdoorsnede – profiel – gemaakt van de IJssel. Het aantal profielen waar gebruik
van gemaakt wordt is zes; van rivierkilometer 937,4 tot en met 939,9, aangezien ter
plaatse van deze kilometrering het gedeelte van de Wilpsche Klei zich bevindt waarin
de ingreep plaats zal vinden. In de profielen in het Rijntakkenmodel worden de
uiterwaarden aan linker- en rechterzijde van het zomerbed bij elkaar opgeteld en
gesommeerd weergegeven aan één zijde van het zomerbed. Dit wordt bij de
schematisatie ook gedaan. Overigens is de situatie ter hoogte van de Wilpsche Klei
dusdanig dat de uiterwaarden zich nagenoeg geheel aan één kant van de IJssel
bevinden. Binnen het Rijntakkenmodel wordt onderscheid gemaakt tussen een
3
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 9
stroomvoerend profiel2 en een waterbergend profiel. Voor de eenvoudige analytische
berekeningen is alleen het stroomvoerend profiel van belang, aangezien uitgegaan
wordt van een constante maatgevende hoogwater afvoer – MHW-afvoer - waarbij de
berging vol is. In de profielen in het Rijntakkenmodel bevinden zich ook kribsecties,
maar omdat deze ter plaatse van de ingreep in de IJssel relatief klein zijn, zijn deze niet
apart meegenomen in het bakprofiel.
In bijlage B zijn de gegevens van de zes profielen weergegeven. Hierin is ook te zien
hoe door het middelen van de gegevens de schematisatie bepaald is. In figuur 3.1 is de
schematisatie weergegeven. In dit figuur zijn ook de punten van de zes stroomprofielen
weergegeven zoals opgenomen in het Rijntakkenmodel, zodat te zien is waaruit de
schematisatie is ontstaan. Het gebied waarin de ingreep plaatsvindt, zie figuur 2.2,
wordt geschematiseerd als een gebied met een breedte van 600 meter en een lengte van
2500 meter.
De grootste hydraulische effecten treden op bij de maatgevende afvoer met een
herhalingskans van 1/1250, de MHW-afvoer. De hierbij horende afvoer bij Lobith is in
2001 vastgesteld op 16.000 m3/s, wat inhoud dat de afvoer door de IJssel gemiddeld
2459 m3/s is [Veen, R. van der, Pakes, U., Schutte, L., 2002].
De morfologische effecten treden op in de loop van de jaren, waarbij de afvoer niet
constant is. Ten behoeve van de berekeningen moet echter gewerkt worden met één
afvoer. Het blijkt dat in het eenvoudige analytische model bij een afvoer van rond de
750 m3/s de uiterwaard begint mee te stromen met het zomerbed. De morfologische
berekeningen zullen worden uitgevoerd met verschillende afvoeren, zodat voor
verschillende afvoeren in een afvoerreeks het effect op de bodem bepaald kan worden.
De afvoeren die gebruikt zullen worden zijn 1000 m3/s, 1750 m3/s en de MHW-afvoer.
2 Stroomvoerend houdt in dat de stroomsnelheid groter is dan 0,05 m/s en een waterdiepte groter dan 0,005 m
[Veen, R. van der, Pakes, U., Schutte, L., 2002].
Figuur 3.1: Schematisatie IJssel ter plaatse van de fictieve bebouwing in de uiterwaarden en profielpunten
afkomstig uit Rijntakkenmodel waaruit schematisatie is bepaald.
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 500 1000 1500 2000 2500
Breedte rivier (m)
Ho
og
te (
m N
AP
)
km 937.4 km 937.9 km 938.4 km 938.9 km 939.4 km 939.9 Schematisatie
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 10
Deze afvoeren komen niet vaak voor, maar om het effect op de bodem in extreme
afvoersituaties te bepalen wordt met deze afvoeren gerekend.
3.2 Rekenmethode
In deze paragraaf wordt weergegeven hoe de verschillende eenvoudige analytische
berekeningen uitgevoerd worden en welke formules gebruikt worden. Allereerst wordt
beschreven hoe de waterstand in de verschillende bakken berekend wordt. Daarna
wordt beschreven hoe het effect op de bodem bepaald wordt. Als laatste wordt in
gegaan op de methode hoe het bouwen op palen in de uiterwaard vertaald kan worden
naar een algemene ruwheidvergroting. Met behulp van de formules en methodes als
beschreven in deze paragraaf kunnen de hydraulische en morfologische effecten van
het bouwen op palen in de uiterwaard berekend worden.
3.2.1 Waterstand
De waterstand in de vier verschillende bakken als weergegeven in de vorige paragraaf
wordt bepaald met behulp van de formule van Chézy, uitgaande van een uniforme
stationaire stroming:
biRhCBQ ⋅⋅⋅= [1]
waarin Q de waterafvoer is, B de stroomvoerende breedte, C de gemiddelde
ruwheidfactor, h de waterdiepte die bepaald moet worden, R de hydraulische straal –
stroomvoerend oppervlak gedeeld door stroomvoerende omtrek – en ib het
bodemverhang. De afvoer door de verschillende bakken is ongelijk, maar opgeteld
gelijk aan de MHW-afvoer, waarbij de waterstand in de verschillende bakken gelijk
moet zijn. Door iteratie kunnen de juiste afvoeren bij gelijke waterstanden worden
bepaald, per punt in de rivier.
De waarde van Chézy is te bepalen met formule [2], indien alleen een Nikuradse
ruwheid gegeven is.
=
nk
RC
12log18 [2]
Na de ingreep, waarbij het bouwen op palen in de uiterwaard vertaald is in een
nieuwe ruwheidwaarde, moeten de berekeningen opnieuw uitgevoerd worden, omdat
door de verandering van de ruwheid de evenwichtsdiepte verandert. Bij de berekening
van de nieuwe evenwichtsdiepte wordt in formule [1] de waterdiepte h vervangen door
de evenwichtdiepte he. Water heeft tientallen kilometers nodig om deze
evenwichtdiepte te bereiken, terwijl de ingreep plaatsvindt over maar enkele
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 11
kilometers. Bovenstrooms van de ingreep geldt dezelfde evenwichtsdiepte als voor de
ingreep, zodat bovenstrooms de waterstand weer geleidelijk afneemt. Benedenstrooms
verandert de waterstand niet door de ingreep, aangezien er sprake is van stromend
water, zie uitleg bijlage C. De maximale waterstand treedt op net bovenstrooms van de
ingreep; deze is per bak te bepalen met behulp van de benaderingsformule van Bresse.
Deze benaderingsformule is een vereenvoudiging van de formule voor berekeningen
bij een willekeurig stroomprofiel: de uiterwaard stroomt continue mee met het
zomerbed zodat vereenvoudiging mogelijk is [Ribberink, J.S., Hulscher, S.J.H.M., 2003]:
2/1
0
)2
1)(( 0
L
xx
ee hhhh
−
−+= [3]
waarin als randvoorwaarde geldt h = h0 = he voor x = x0 en waarin x de afstand is in
stroomopwaartse richting; x0 is het meest stroomafwaartse punt van de ingreep. L1/2 is
de halveringslengte:
3/4
2/1
24,0
=
e
o
b
e
h
h
i
hL [4]
De halveringslengte is de helft van de afstand waarop een ingreep effect heeft op de
waterstand.
Per bak is de stuwkromme verschillend. Echter de waterstand moet in de
verschillende bakken gelijk zijn. Voor elk punt stroomopwaarts van de ingreep kan
door het aanpassen van de afvoer door de verschillende bakken de waterstand
gelijkgesteld worden – dit is per bak de waterdiepte berekend met formule [3]
vermeerderd met de bodemhoogte. De vier stuwkrommen die in de vier bakken
voorkomen, worden dus door de afvoer per bak aan te passen aan elkaar gelijk gesteld.
3.2.2 Bodemniveau
Door het zomerbed van een rivier wordt sediment afgevoerd. Afhankelijk van de
stroomsnelheid vindt hierin sedimentatie of erosie plaats. Wanneer de waterstand
dusdanig stijgt dat de uiterwaarden mee gaan stromen, zal de morfologische situatie in
het zomerbed veranderen. De mate van de morfologische ontwikkeling van het
zomerbed is afhankelijk van onder andere de ruwheid in de uiterwaard. Het bouwen
op palen in de uiterwaard zal een hogere ruwheid in de uiterwaard veroorzaken, met
als gevolg een andere morfologische ontwikkeling dan in de huidige situatie. De
morfologische ontwikkeling van de bodem in het zomerbed kan bepaald worden met
verschillende sedimenttransportformules. Met deze formules wordt de hoeveelheid
getransporteerde sediment in het water bepaald; indien de hoeveelheid afneemt
betekent dit dat de bodemhoogte toeneemt. Andersom zal de bodemhoogte afnemen bij
het toenemen van de hoeveelheid sediment in het water.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 12
Gebruik wordt gemaakt van de formule waarmee ook in het SOBEK-Rijntakkenmodel
gerekend wordt, zodat de uitkomsten van de eenvoudige analytische berekeningen en
de SOBEK-berekeningen vergeleken kunnen worden. De transportformule die in
SOBEK gebruikt wordt is [Jesse, P., Kroekenstoel, D.F., 2001, Ribberink, J.S., 2004]:
( ) ( ) uu
cssu
p
Aαγ
θµθµθβε
−−
=Φ1
1 [5]
met:
3Dg
s
∆=Φ [6]
50
2
*
Dg
u
D
hi
Dg
b
s∆
=∆
=∆
=ρ
τθ [7]
2/3
90
=
C
Cµ [8]
met:
C
guu =* [9]
waarin A een kalibratiefactor is in SOBEK, αu, βu en γu constanten zijn, εp de porositeit
is waarvoor een standaardwaarde van 0,4 wordt gebruikt, μ de ribbelfactor, Ф de
transportparameter. θs de dimensieloze schuifspanning, θc de kritieke Shieldswaarde, D
de karakteristieke diameter van het sediment, in dit geval D50, s het sedimenttransport
per eenheid van een breedte inclusief poriën, Δ de relatieve dichtheid, ϕ de dichtheid
van het water, τb de bodemschuifspanning, h de waterdiepte, i het verhang van de
waterspiegel, C de Chézy-ruwheid, u* de bodemschuifspanningssnelheid, u de
gemiddelde snelheid en g de zwaartekrachtversnelling.
Formule [8] is afkomstig uit de transportformule van Meyer-Peter-Müller [Ribberink,
J.S., 2004], aan de hand waarvan formule [5] ontwikkeld is [Jesse, P., Kroekenstoel, D.F.,
2001]. De waarde voor C90 is te bepalen met formule [10]:
90
90
12log18
D
RC = [10]
waarin D90 de korreldiameter is waarbij 90% van het sediment kleiner is.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 13
In het SOBEK-Rijntakkenmodel zijn voor de drie constanten, de kritieke
Shieldswaarde en de kalibratiefactor de volgende waarden opgenomen, zie hoofdstuk
4:
αu = 1,5
βu = 8.0
γu = 0
θc = 0.025
A = 0.6
Na het invullen van formule [6] tot en met [9], de gegeven constanten en de
kalibratiefactor in formule [5] ontstaat formule [11] voor het sedimenttransport:
( )5.1
50
22/3
90
3
50 025.0/
6.0
86.0
−
∆
∆=
Dg
Cgu
C
CDgs [11]
Als de afvoer door de rivier in werkelijkheid constant zou zijn, zou tientallen jaren na
de ingreep een evenwichtsituatie optreden, waarbij de bodemontwikkeling tot stilstand
is gekomen. Het totale sedimenttransport in de rivier, berekend met formule [11], zal
dan overal gelijk zijn – aangezien de breedte van het zomerbed niet verandert. De
meeste parameters in de formule zijn over de hele rivier nagenoeg gelijk, zodat de
vergelijking ingekort en gelijkgesteld kan worden voor de verschillende situaties. De
parameters die veranderen zijn C, C90, h en Q – h en Q zijn verwerkt in u. Echter C / C90
verandert niet – minder dan 0,5% – en C nauwelijks – minder dan 1%. Wat overblijft, is
dat de stroomsnelheid u overal in het zomerbed nagenoeg gelijk is, zodat de volgende
vergelijking overblijft:
1
1
0
0
ee h
Q
h
Q= [12]
waarin Q0 en heo gelden voor benedenstrooms en Q1 en he1 ter plaatse van de ingreep.
Het verhang op de verschillende locaties is te berekenen met behulp van formule [1].
Naast de maximaal optredende bodemverandering in de evenwichtsituatie, treden
initieel ook veranderingen op door het verschil in sedimenttransport ter plaatse van de
ingreep en stroomopwaarts hiervan, voor en na de uitvoering van de ingreep. Deze
initiële verandering is te bepalen met behulp van formule [13]:
( ) 01 =∆
∆+
∆
∆−
x
s
t
zb
pε [13]
waarin zb de bodemhoogte is – de rest is bekend.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 14
3.2.3 Bouwen op palen
Zoals opgemerkt is het effect van bouwen op palen in uiterwaarden dat de ruwheid
toeneemt. Het is niet mogelijk om gedetailleerd per paal het effect ervan op de
waterstand en de bodem te bepalen: de ruwheidvermeerdering door de palen moet
vertaald worden naar een algemene ruwheidvermeerdering over het hele gebied waar
gebouwd wordt.
Een willekeurig element in een volume stromend water dat niet ondergedompeld is,
ondervindt verschillende krachten. Zo is er de kracht in de stromingsrichting door de
zwaartekrachtcomponent, Fg, de kracht die de palen uitoefenen op het water, Fdrag, en
de kracht die de bodem uitoefent op het water, de bodemschuifspanning, Fs. Deze
krachten leveren de volgende vergelijking op:
Fg – Fdrag – Fs = 0 [14]
De verschillende onderdelen in formule [14] kunnen op de volgende manier worden
bepaald. Hierbij zijn de krachten uitgedrukt per eenheid van volume – zie bijlage D
voor de afleiding van de eigenlijke krachten naar de krachten per eenheid van volume.
hC
ugF
r
g 2
2
⋅= ρ [15]
hC
ugF
b
s 2
2
⋅= ρ [16]
rddrag AuCF ⋅⋅⋅= 2
21 ρ [17]
De genoemde formules zijn in elkaar te herschrijven tot:
2
1
2
1
b
dr
r
Cg
hCAC
+
= [18]
waarin Cr de Chézy-coëfficiënt is van de nieuwe bodemruwheid na het aanbrengen
van de palen [m1/2/s], u de gemiddelde snelheid [m/s], Cb de Chézy-coëfficiënt van de
huidige bodemruwheid [m1/2/s], Cd de weerstandscoëfficiënt [-], Ar het representatief
aangestroomde oppervlak paal [m-1], h de waterdiepte [m] en g de
zwaartekrachtversnelling [m/s2] [Velzen, E.H. van, Jesse, P., Cornelissen, P., Coops, H.,
2003a, Velzen, E.H. van, Jesse, P., Cornelissen, P., Coops, H., 2003b].
De aangestroomde oppervlakte is het totale oppervlakteaandeel van de palen in het
gebied waar gebouwd wordt:
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 15
0
h
v
r
A dz
Ah
=∫
waarin Av het aangestroomde oppervlak paal is op hoogte z. Dit kan benaderd
worden door de volgende formule:
gebied
rA
nDA = [19]
waarin n het aantal palen is, D de paaldiameter en Agebied de oppervlakte van het
beschouwde gebied – oppervlakte van de ingreep.
Naarmate de palen dichter bij elkaar staan kan er schaduwwerking optreden. Indien
dit het geval is, mag de weerstandscoëfficiënt gereduceerd worden. Schaduwwerking
treedt op indien de verhouding tussen de afstand tussen de palen en de diameter van
de palen kleiner is dan 30 en de palen in lijn achter elkaar geplaatst zijn. Dit is in deze
case niet het geval, wat betekent dat de weerstandscoëfficiënt niet gereduceerd mag
worden.
De weerstandscoëfficiënt Cd is afhankelijk van het Reynoldsgetal. De relatie tussen het
Reynoldsgetal en de weerstandscoëfficiënt voor ronde palen is weergegeven in figuur
3.2 [Fox, R.W., Mc Donald, A.T., 1994]. Het Reynoldsgetal is als volgt te bepalen:
υ
uD=Re [20]
waarin u de stroomsnelheid bij de palen is, D de paaldiameter en υ de viscositeit.
De stroomsnelheid in formule [20] is afhankelijk van de bodemruwheid en de
ruwheid veroorzaakt door de palen. Met behulp van formules [15] tot en met [17] kan
de stroomsnelheid berekend worden in de situatie na de ingreep. In formule [21] zijn de
formules [15] tot en met [17] herschreven en aangepast:
Figuur 3.2: Weerstandscoëfficiënt voor een gladde paal als functie van het Reynoldsgetal.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 16
2
2
2
2
1u
C
ghuACghi
b
rd += [21]
waarin u de gemiddelde stroomsnelheid is na de ingreep.
In formule [21] kunnen een aantal parameters vervangen worden om de formule
eenvoudiger te maken en daarmee beter bruikbaar voor de berekeningen van de
stroomsnelheid:
bAC rd
=1
, de weerstandslengte, en:
fC
g
b
=2
, de ruwheidfunctie.
Na vereenvoudiging ontstaat de volgende formule:
2
2
2fu
b
hughi += [22]
Formule [22] is te herschrijven tot formule [23], waarmee de stroomsnelheid na de
ingreep is te bepalen [Huthoff, F., Augustijn, D.C.M., Hulscher, S.J.M.H., 2006]:
fh
buu
21
10
+
= [23]
waarin u0 de gemiddelde stroomsnelheid is wanneer de bodemruwheid afwezig zou
zijn: f = 0 – het laatste deel van formule [21] en [22] valt weg. Formule [22] is daarmee te
herschrijven tot:
bgiu 20 = [24]
Kort gezegd wordt met behulp van formule [23] de stroomsnelheid berekend, aan de
hand van de aanwezige palen, waarna deze stroomsnelheid vermenigvuldigd wordt
met een factor – onder het wortelteken – die afhankelijk is van de ruwheidfunctie.
Indien de ruwheidfunctie klein is, is de factor groot en daarmee de stroomsnelheid
groot.
Om de weerstandslengte b te kunnen bepalen is een weerstandscoëfficiënt – Cd –
nodig. Deze weerstandscoëfficiënt is gelijk aan de weerstandscoëfficiënt in formule [18].
Eerst wordt hiervoor een waarde aangenomen, waarna de stroomsnelheid bepaald
wordt. Met behulp van formule [20] en tabel 3.2 wordt de werkelijke Cd-waarde
vervolgens berekend. Dit wordt net zo lang gedaan – iteratief – tot de ingevulde
waarde gelijk is aan de berekende waarde.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 17
3.2.4 Model
Zoals in hoofdstuk 3.1 weergegeven, wordt de rivier geschematiseerd tot vier bakken.
De parameters die als uitgangspunt dienen bij de berekeningen zijn in de volgende
paragraaf weergegeven. De weergegeven parameters veranderen niet, behalve de
bodemruwheid – en de daarvan afhankelijke waterstand. Als uitgangspunt voor de
bodemruwheid geldt voor het zomerbed de door Rijkswaterstaat gegeven ruwheid, zie
volgende paragraaf, terwijl voor de uiterwaard de ruwheid voor het gebied waar de
ingreep plaatsvindt bepaald is met behulp van de aanwezige begroeiing. Met behulp
van de parameters wordt de optredende waterstand berekend bij MHW-afvoer.
Rijkswaterstaat heeft voor alle grote rivieren waterstanden bepaald die als maatgevend
worden gezien bij MHW-afvoer. Indien de berekende waterstand ter plaatse van de
ingreep niet overeenkomt met de door Rijkswaterstaat berekende MHW-waterstand
wordt het model gekalibreerd tot de betreffende waterstand bereikt wordt. De te
kalibreren parameters hierbij zijn de ruwheid van het zomerbed, uitgedrukt in Chézy-
ruwheid, en de ruwheid van de uiterwaard, uitgedrukt in Nikuradse-ruwheid. De
verhouding tussen de ruwheid voor kalibratie – de werkelijke ruwheid – en de ruwheid
na kalibratie wordt uitgedrukt in een kalibratiefactor. Na het kalibreren kan het effect
van het bouwen op palen in de uiterwaard op de waterstand bepaald worden. Hierbij
moet er rekening worden gehouden dat de ruwheidvergroting door de palen berekend
moet worden in de situatie voor kalibratie, waarna de nieuwe ruwheid, inclusief de
door de palen veroorzaakte ruwheid, vermenigvuldigd moet worden met de
kalibratiefactor.
Om de nieuwe ruwheid in de uiterwaard te kunnen bepalen na het bouwen op palen,
wordt eerst met behulp van formule [19] de Chézy-ruwheid in de situatie voor de
kalibratie bepaald. Deze waarde wordt vervolgens omgezet naar een Nikuradse-
ruwheid met behulp van formule [2]. Deze Nikuradse-ruwheid wordt daarna
vermenigvuldigd met de kalibratiefactor, waarna de uitkomst gebruikt wordt als
ruwheid na het bouwen op palen in de gekalibreerde schematisatie. In figuur 3.3 zijn de
genoemde stappen uitgebeeld.
Na de hydraulische berekeningen is het eenvoudig de morfologische berekeningen uit
te voeren, met behulp van de parameters uit de volgende paragraaf.
kn-ruwheid C-ruwheid
C-ruwheid
met palen
kn-ruwheid
met palen
kn-ruwheid met
palen na kalibratie
Schematisatie Schematisatie met palen Schematisatie met palen
na kalibratie
Figuur 3.3: Stappenschema van aanwezige uiterwaardruwheid tot gekalibreerde ruwheid na ingreep.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 18
3.3 Invoer
Om voor de huidige situatie de berekeningen te kunnen uitvoeren voor de beschreven
case, moeten de in te voeren parameters bekend zijn. In tabel 3.1 zijn deze parameters
weergegeven.
Tabel 3.1: Vereiste parameters voor het kunnen uitvoeren van de eenvoudige analytische berekeningen.
Parameter Zomerbed Uiterwaard A Uiterwaard B Totaal
Q1 [m3/s] nvt nvt nvt 1000/1750/2459
B [m] 102 531 9022 nvt
C(b)3 [m1/2/s] 43 afh. van ks afh. van ks nvt
kn4 [m] nvt 0,38 0,38 nvt
R [m] Afh. van h =h =h nvt
i1 [-] 0,00009 0,00009 0,00009 nvt
g5 [m/s2] 9,81 9,81 9,81 nvt
D901 [m] 0,0023 0,0023 0,0023 nvt
Δ6 [kg/m3] 1,65 1,65 1,65 nvt
D501 [m] 0,00055 0,00055 0,00055 nvt
εp [-] 0,4 0,4 0,4 nvt
n7 [stuk] nvt nvt nvt 18.120
D [m] 0,5 0,5 0,5 nvt
Agebied [m2] nvt nvt nvt 1.500.000
υ8 [m2/s] 0,000001 0,000001 0,000001 nvt 1 Waarde afkomstig uit [Veen, R. van der, Pakes, U., Schutte, L., 2002]. 2 Deel waar ingreep plaatsvindt, is 600 meter breed, deel waar geen ingreep in plaats vindt 302 meter. 3 Waarde afkomstig uit [Veen, R. van der, Pakes, U., Schutte, L., 2002]. 4 Waarde verderop in paragraaf bepaalt. 5 Voor de zwaartekrachtversnelling wordt vaak de standaardwaarde 9,8 m/s2 gebruikt. 6 Δ wordt bepaald door de dichtheid van het korrelmateriaal – zand – te verminderen met de dichtheid van
water en vervolgens dit te delen door de dichtheid van water: (2650 kg/m3 -1000 kg/m3 ) / 1000 kg/m3. 7 Het aantal gebouwen is 3000, met gemiddeld 6 palen per gebouw. Onder de brug staan 120 palen. 8 De viscositeit van water is 10-6 m2/s bij een temperatuur van 20 0C.
Hierin is uiterwaard A de uiterwaard buiten de zomerkade en uiterwaard B de
uiterwaard binnen de zomerkade. De in tabel 3.1 voorkomende parameters zijn in de
voorgaande paragraaf genoemd. De parameters die wel genoemd zijn, maar niet in de
tabel zijn opgenomen, kunnen worden bepaald met behulp van de weergegeven
parameters.
De ruwheid voor de uiterwaarden – k-waarde – is bepaald aan de hand van
aanwezige ecotooptypen in de uiterwaarden. Hierbij wordt de ruwheid uitgedrukt in
een Nikuradse-waarde, aangezien dit in het SOBEK-Rijntakkenmodel ook het geval is.
In hoofdstuk 4 zal blijken dat in SOBEK voor km 934,4 tot en met 939,9 één ruwheid is
opgenomen; daarom wordt hier voor hetzelfde traject de ruwheid berekend. Op de site
www.ecotopenkaarten.nl is door RIZA voor alle Rijntakken de voorkomende
ecotooptypen weergegeven met de bijbehorende ruwheidstype – referentiejaar 2000. In
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 19
figuur 3.4 is voor het genoemde traject de verschillende ruwheidklassen weergegeven.
Aan de hand van oppervlakteoptelling wordt per ecotooptype het oppervlakteaandeel
bepaald. Hierbij moet opgemerkt worden dat de bosgebieden die langs de rand van de
uiterwaarden voorkomen niet meegenomen zijn in de berekeningen, aangezien deze
relatief veel effect hebben op de gemiddelde berekende ruwheid in het gebied terwijl
deze de stroming niet of nauwelijks beïnvloeden. Deze bosgebieden liggen in
stromingsluwe delen van de uiterwaard. In bijlage E is een tabel opgenomen waarin
voor verschillende ruwheidstypen ruwheden uitgedrukt in k-waarden zijn opgenomen.
Uit bijlage E blijkt dat per ruwheidstype verschillende ruwheden worden toegekend.
De k-ruwheidswaarde van glad grasland varieert tussen de 0,3 meter en 0,2 meter, wat
relatief grote verschillen oplevert voor de totale gebiedsruwheid, aangezien het grootste
deel van het gebied bestaat uit glad grasland, zie tabel 3.2. Voor de berekening van de
gebiedsruwheid wordt hier voor glad grasland een k-waarde van 0,2 meter
aangehouden.
De verschillende soorten ecotooptypen die tussen genoemde rivierkilometers
voorkomen, liggen verspreid in het gebied. In Buijsrogge, R.H., Nieuwkamer, R.L.J.,
1995 worden twee methoden genoemd waarmee de ruwheden van verschillende
ecotooptypen bij elkaar opgeteld kunnen worden. Eén methode gaat ervan uit dat de
verschillende typen parallel aan de stroming liggen, en één methode gaat ervan uit dat
de verschillende typen dwars op de stroming liggen, in serie. Door de spreiding van de
ecotooptypen zal de werkelijke gemiddelde ruwheid ergens tussen de twee waarden
liggen. Hieronder zijn de formules weergegeven waarmee de ruwheden opgeteld
kunnen worden, uitgaande van een constante waterdiepte in de uiterwaarden.
Parallelle ruwheid: ∑=
=n
i
iip CpC1
[25]
Km 939.9
Km 934.4
Figuur 3.4: Ecotoop-ruwheidsklassen.
Standaard
Glad grasland
Normaal grasland
Akkers
Ruw grasland
Ruigte
Open bos
Normaal bos
Dicht bos
Struweel
Riet
Legenda ruwheidklasse
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 20
Seriële ruwheid:
∑=
=
n
i i
i
s
C
pC
12
1 [26]
waarin pi het oppervlakte aandeel van vegetatietype i is, terwijl Ci de Chézy-waarde is
voor vegetatietype i.
In tabel 3.2 zijn de aanwezige ecotooptypen weergegeven met bijbehorende ruwheid,
evenals de optelling hiervan, gedaan met de twee genoemde methoden. De gebruikte
ruwheid is een middeling van de k-waarde als weergegeven in bijlage E. Uitgangspunt
is een gemiddelde waterdiepte van 2,25 meter in de uiterwaard, welke optreedt bij een
MHW-afvoer.
Voor de ruwheid van een gebied wordt soms een middeling gemaakt van de
parallelle ruwheid en de seriële ruwheid [Buijsrogge, R.H., Nieuwkamer, R.L.J., 1995],
terwijl Rijkswaterstaat de gebiedsruwheid bepaalt met behulp van formule [27].
( )psgebied CCC φφ −+= 1 [27]
waarin φ een weegfactor is die gelijkgesteld wordt aan 0,6. Het gemiddelde van
parallelle ruwheiden en de seriële ruwheid is een gebiedsruwheid van ongeveer 0,37
meter. De uitkomst van formule [27] is een gebiedsruwheid van ongeveer 0,39 meter.
Gekozen is om bij de berekeningen uit te gaan van het gemiddelde van deze twee
gebiedsruwheden: de gebruikte kn-waarde is 0,38 meter.
Tabel 3.2: Berekening gemiddelde ruwheid IJsselkilometer 934,4 tot en met km 939,9.
parallel serie h = 2,25
Ecotooptype / ruwheidstype
ha pi k-gem. pi*C
pi / Ci^2 k-gebied
Glad grasland 802 0,74 0,20 28,2 0,000500
Normaal
grasland
41,8 0,04 0,30
1,35
0,000031
Ruw grasland 35,5 0,03 0,50 1,02 0,000033
Akker 120 0,11 0,20 4,24 0,000075
Ruigte 18,5 0,02 2,0 0,35 0,000041
Struweel 3,0 0,00 10 0,021 0,000046
Bos 17,6 0,02 10 0,125 0,000268
Water 36,0 0,03 0,10 1,45 0,000017
Bebouwd 15,1 0,01 1,0 0,357 0,000021
Totaal 1090 1,00 kp = 0,23 ks = 0,50 Kn = 0,38
Cp = 37,1 Cs = 31,1 C = 33,6
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 21
3.4 Kalibratie
De waterstand die optreedt in het geschematiseerde model voor het uitvoeren van de
ingreep, met de in de vorige paragraaf gegeven invoer, is 7,83 m +NAP, zie bijlage F. De
waterstand die ter plaatse van de Wilpsche Klei op zou moeten treden, volgens
berekeningen met het 2D rekenprogramma WAQUA, bij een MHW-afvoer van 2459
m3/s door de IJssel is te bepalen met behulp van tabel C3.5 in [Veen, R. van der, Pakes,
U., Schutte, L., 2002]. Dit is ongeveer 8,33 m +NAP. Deze waterstand wordt door
Rijkswaterstaat als maatgevend gezien. Door de schematisatie te kalibreren kan deze
waterstand bereikt worden. De kalibratieparameters hierbij zijn de ruwheid in het
zomerbed en de ruwheid in de uiterwaard. Deze parameters worden voor de kalibratie
gebruikt omdat hiermee ook het SOBEK-model gekalibreerd is; de uitkomsten van
beide berekeningsmethoden worden vergeleken, waardoor het belangrijk is dat de
methoden overeen komen.
Het blijkt dat bij een Nikuradse-waarde van 1,37 meter in de uiterwaard en een
Chézy-waarde van 39 m1/2/s in het zomerbed de waterstand het gewenste niveau
bereikt. Andere ruwheidwaarden voor zomerbed en uiterwaard kunnen ook de
gewenste waterstand opleveren, maar de waarden in het zomerbed worden in analogie
met de kalibratie van het SOBEK-model maar weinig aangepast.
In de uiterwaard is de verhouding tussen de werkelijke ruwheid en de gekalibreerde
ruwheid 0,38:1,37, of 1:3,6 – uitgaande van de Nikuradse-ruwheid. Een kalibratiefactor
van 3,6 is hoog. De juiste waterstand kan ook bereikt worden door de schematisatie aan
te passen. Het grootste verschil tussen de profielen waaruit de schematisatie is
opgebouwd is de uiterwaardbreedte. Door de totale uiterwaardbreedte te verkleinen
met 455 meter, waardoor de breedte ⅓ deel kleiner wordt, wordt de waterstand van
8,33 m +NAP bereikt. Het voordeel van deze aangepaste schematisatie is dat geen
gebruik hoeft te worden gemaakt van een kalibratiefactor. Het maximale
wateropstuwende effect in het geval van de versmalde schematisatie is 4,5 cm. In de
volgende paragraaf blijkt dat het maximale wateropstuwende effect bij het gebruik van
de hoge kalibratiefactor 3,0 cm is. Vooruitlopend op de 1D-modelberekeningen, waarop
ingegaan wordt in hoofdstuk 4, blijkt het met dit model bepaalde maximaal
opstuwende effect 3,2 cm te zijn. De 2D-berekeningen laten een nog lager opstuwend
effect zien – zie hoofdstuk 5. Hieruit kan geconcludeerd worden dat een hoge
kalibratiefactor waarschijnlijk betrouwbaardere resultaten geeft dan een aangepaste
schematisatie: het maximale wateropstuwende effect bepaald met de aangepaste
schematisatie is te hoog.
Een andere onzekere factor in de schematisatie is het bodemverhang. Hiervoor is een
gemiddelde waarde genomen, echter in hoofdstuk 4 blijkt dat het bodemverhang sterk
kan variëren van plaats tot plaats. Door het aanpassen van het bodemverhang kan de
waterstand ook op het als juiste geziene niveau gebracht worden. Bij een
bodemverhang van 5,5*10-5 – wat bijna een halvering is van de gemiddelde waarde –
wordt het niveau bereikt. Het blijkt echter dat het maximale wateropstuwende effect na
de ingreep in dit geval 11,1 cm is – ook hierbij is geen gebruik gemaakt van een
kalibratiefactor. Dit wateropstuwende effect is significant groter dan het
wateropstuwende effect berekend met de beide andere modellen. Geconcludeerd kan
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 22
worden dat het aanpassen van het bodemverhang geen betrouwbare uitkomsten geeft,
maar laat ook zien hoe gevoelig het resultaat is voor veranderingen in invoerwaarden.
Wanneer de uiterwaardbreedte of het bodemverhang minder extreem wordt
aangepast, blijkt het wateropstuwende effect tussen 3,0 cm en respectievelijk 4,5 cm en
11,1 cm te liggen. Omdat de hoge kalibratiefactor een maximaal opstuwend effect geeft
die overeen komt met de 1D-resultaten wordt verder gegaan met deze factor.
Het grote verschil tussen de gekalibreerde ruwheid en de werkelijke ruwheid in de
uiterwaard wordt wellicht veroorzaakt door de energieverliezen die ontstaan door de
bocht in de IJssel ter hoogte van de ingreep. Ook kan het verschil ontstaan doordat bij
de berekeningen gebruik is gemaakt van gemiddelde waarden wat betreft ruwheid,
terwijl de ruwheid plaatselijk behoorlijk kan variëren.
In bijlage F is de berekening weergegeven van de waterstand met het gekalibreerde
model.
3.5 Resultaten
Met behulp van de weergegeven formules en kalibratie worden de eenvoudige
analytische berekeningen uitgevoerd. Eerst wordt het effect van bouwen op palen in de
uiterwaard op de waterstand bepaald, waarna het effect op de bodemontwikkeling
wordt beschreven.
3.5.1 Hydraulisch
De optredende waterstand in de huidige situatie, bij de maatgevende afvoer, na
kalibratie, is 8,33 m +NAP.
De ruwheidvergroting door de bebouwing op palen is met behulp van formule [18] te
bepalen, waarin alleen de weerstandscoëfficiënt onbekend is. In bijlage G is voor
verschillende waterstanden de waarde voor Cd bepaald, uitgaande van formule [18] tot
en met [24] en van figuur 3.2. Uit bijlage H blijkt dat de weerstandscoëfficiënt 1,1 is.
De waterdiepte in het deel van de uiterwaard waar de ingreep plaatsvindt, voor
kalibratie en voor de ingreep is 2,06 meter. Met een Nikuradse-ruwheid van 0,38 meter
is de Chézy-waarde 32,6 m1/2/s. De ruwheid na het aanbrengen van de palen, berekend
met formule [18] en uitgaande van de dan optredende waterdiepte, wordt hiermee 24,6
m1/2/s. Dit komt overeen met een Nikuradse-ruwheid van 1,12 meter. Vermenigvuldigd
met de kalibratiefactor van 3,6 wordt de nieuwe Nikuradse-ruwheid 4,03 meter. De
ruwheid wordt gebruikt in het deel van de uiterwaard waar de ingreep plaatsvindt. In
tabel 3.3 is het een en het ander weergegeven.
Tabel 3.3: Evenwichtsdiepte en ruwheid in uiterwaard waar ingreep plaatsvindt in verschillende stadia.
Schematisatie Sch. + palen Sch. + palen + kalibratie
Evenw.diepte u.w. (m) 2,06 2,18 2,75
Nikuradse-ruwheid (m) 0,38 1,12 4,03
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 23
Zoals al eerder opgemerkt moet de waterstand in elke bak van de schematisatie gelijk
zijn. Dit kan met behulp van formule [3] en formule [4]: door de afvoer in de vier
verschillende bakken te variëren, waarbij de som gelijk blijft aan 2459 m3/s, is per bak
dezelfde waterstand te bereiken. Per willekeurig punt ter hoogte van de ingreep, en
bovenstrooms hiervan, kan de optredende waterstand zo berekend worden, zie figuur
3.5. In bijlage I is voor een aantal punten de Excel-uitvoer van de berekeningen
weergegeven. Het waterstandverhogende effect van het bouwen in de uiterwaarden
berekend met het gekalibreerde model is maximaal 3,0 cm. Dit is aan de bovenstroomse
rand van het traject waar de ingreep plaatsvindt. Bovenstrooms van de ingreep werkt
de waterstandverhoging nog tientallen km door, zoals te zien is in figuur 3.5. In figuur
3.6 is de afvoerverdeling in lengterichting van de rivier weergegeven, na de ingreep, ter
plaatse van de ingreep en stroomop- en -afwaarts hiervan.
In figuur 3.6 is te zien dat door de ingreep de afvoer afneemt door het deel van de
uiterwaard waarin de ingreep plaatsvindt. Deze afname resulteert in een toename van
de afvoer in de rest van de rivier. Stroomafwaarts is de afvoer gelijk aan de afvoer voor
het uitvoeren van de ingreep. Stroomopwaarts is de afvoer door het uiterwaarddeel
waarin de ingreep plaatsvindt groter dan in de evenwichtsituatie – de situatie voor de
Figuur 3.5: Effect op waterstand door bebouwing op palen in uiterwaard
8.30
8.32
8.34
8.36
8.38
8.40
-5000 0 5000 10000 15000 20000 25000
Afstand tot begin ingreep (m)
Wa
ters
tan
d (
NA
P)
Q
Figuur 3.6: Verdeling afvoer na het uitvoeren van de ingreep.
0
200
400
600
800
1000
1200
-5000 0 5000 10000 15000 20000 25000
Afstand stroomopwaarts vanaf begin ingreep (m)
Afv
oe
r (m
3/s
)
Zomerbed Uiterwaard; buiten z-kade
Uiterwaard; binnen z-kade; ingreep Uiterwaard; binnen z-kade
Q
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 24
ingreep –, terwijl de afvoer door de andere delen dan juist minder is – dit is nauwelijks
te zien in figuur 3.6 omdat het kleine verschillen zijn. Het traject waarover de afvoer
toe- of afneemt in figuur 3.6 is de grootte van de plaatsstap: 500 meter.
3.5.2 Morfologisch
Met behulp van formule [5] tot en met [11] is het sedimenttransport door de IJssel te
berekenen, stroomopwaarts van de ingreep, ter plaatse van de ingreep en
stroomafwaarts van de ingreep. Zoals opgemerkt wordt de sedimentafvoer voor en na
de ingreep bepaald bij een continue waterafvoer van 1000 m3/s, 1750 m3/s en bij 2459
m3/s – MHW-afvoer. In figuur 3.7 is het sedimenttransport door het zomerbed per meter breedte
weergegeven bij de verschillende afvoeren. Het grijs gearceerde gedeelte in de figuren
is het traject waar de ingreep plaatsvindt. Te zien is dat de sedimentafvoer door de
rivier afneemt bij een afname van de waterafvoer. Bij een dalende waterafvoer wordt de
piek in sedimentafvoer ter plaatse van de ingreep ook kleiner. Bij een waterafvoer van
1000 m3/s door de rivier is het effect van de ingreep op de sedimentafvoer nagenoeg
nul.
In figuur 3.8 is de kwalitatieve bodemliggingsverandering weergegeven. Hiervoor is
allereerst de verhanglijn weergegeven, met het bijbehorende verloop van de
stroomsnelheid u: ter plaatse van de ingreep stroomt meer water door het zomerbed
waardoor de stroomsnelheid toe neemt. Vooral aan de benedenstroomse rand neemt de
stroomsnelheid toe, aangezien hier de waterdiepte niet toeneemt. Uit het verloop van
de stroomsnelheid is het sedimenttransport s bepaald; dit is een niet-lineaire functie van
u met een macht groter dan 1. De initiële bodemverandering dz/dt ter plaatse van de
ingreep is te bepalen met behulp van formule [13], ten behoeve waarvan allereerst de x-
afgeleide van het sedimenttransport is bepaald: ds/dx. In tabel 3.4 is de maximale initiële
bodemverandering ter plaatse van de ingreep bovenstrooms hiervan weergegeven, in
cm per dag. Deze treedt op aan de stroomafwaartse rand van de ingreep.
2.5E-05
3.0E-05
3.5E-05
4.0E-05
4.5E-05
5.0E-05
5.5E-05
6.0E-05
-5000 0 5000 10000 15000 20000 25000
Afstand tot beging ingreep (m)
Sed
imen
ttra
nsp
ort
(m
3/m
per
m
bre
ed
te)
Qtot = 2459 m3/s Qtot = 1750 m3/s Qtot = 1000 m3/s
Figuur 3.7: Sedimenttransport door het zomerbed bij verschillende afvoeren.
Q
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 25
Tabel 3.4: Maximale initiële bodemverandering door ingreep.
Q = 1000 m3/s Q = 1750 m3/s Q = 2459 m3/s (MHW)
Δzb bij ingreep (cm/dag) 0,00 -0,28 -0,55
Δzb bovenstrooms (cm/dag) 0,00 0,04 0,08
De maximale bodemveranderingen die op kunnen treden in een nieuwe
evenwichtsituatie zijn per afvoer te bepalen met behulp van formule [12] en formule [1].
Met behulp van formule [12] kunnen de waterdiepten die in deze evenwichtsituatie
optreden berekend worden, terwijl daarna met formule [1] het verhang berekend kan
worden. In de evenwichtsituatie zal geen stuwkromme voorkomen in het water en zal
het waterspiegelverhang gelijk zijn aan het bodemverhang. In tabel 3.5 zijn de
waterdiepten in het zomerbed weergegeven ter plaatse van de ingreep – h1 – evenals
het bodemverhang – i1 – en de afvoer door het zomerbed– Q1. Ook zijn de waarden
stroomopwaarts van de ingreep – h0 en i0 en Q0 – in de tabel weergegeven. Deze laatste
waarden zijn gelijk aan de waarden stroomafwaarts van de ingreep [Ribberink, J.S.,
2004]. Door h0 af te trekken van h1 is de sprong in de bodem ter plaatse van de ingreep
te berekenen die ook te zien is in figuur 3.9. De sprong in de bodem door de grotere
waterdiepte ter plaatse van de ingreep is stroomopwaarts van de ingreep niet meer
aanwezig. Echter door de afname van het verhang ter plaatse van de ingreep zal
bovenstrooms de bodem integraal dalen. De daling is als volgt te berekenen:
Q
ib
ingreep
s
ds
dx
Figuur 3.8: Verloop verhanglijn, stroomsnelheid, sedimenttransport, verandering sedimenttransport
en initiële snelheid bodemliggingsverandering rond de plaats van ingreep.
dz
dt sedimentatie
erosie
u
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 26
( )0 1zb zbh i i x∆ = −
waarin x de afstand is waarover de ingreep plaatsvindt.
De bodemdaling bovenstrooms die uiteindelijk in de evenwichtsituatie optreedt, is
per afvoer in tabel 3.5 weergegeven - Δhb. Bij maatgevende afvoer is de bodemdaling
stroomopwaarts nog geen cm. In figuur 3.9 is schematisch de evenwichtsituatie
weergegeven.
Tabel 3.5: Afvoer, waterdiepte en verhang door zomerbed ter plaatse van ingreep en stroomopwaarts hiervan.
Q = 1000 m3/s Q = 1750 m3/s Q = 2459 m3/s (MHW)
Q0 zb (m3/s) 749 888 989
h0 zb (m) 7,68 8,65 9,33
i0 zb (-) 9,00E-5 9,00E-5 9,00E-5
Q1 zb (m3/s) 749 912 1055
h1 zb (m) 7,68 8,88 9,95
i1 zb (-) 9,00E-5 8,86E-5 8,66E-5
Δhb (cm) 0,0 0,4 0,9
h1 – h0 (m) 0,0 0,23 0,62
3.6 Parametergevoeligheid
De berekeningen in de vorige paragraaf zijn uitgevoerd voor de case als beschreven in
hoofdstuk 2. Om na te gaan wat de invloed is van een aantal parameters op de
uitkomsten, worden extra berekeningen uitgevoerd. Het gaat hierbij om de invloed van
het aantal palen, de dichtheid van de palen – en daarmee het oppervlak waarover de
palen worden verdeeld –, het patroon waarin de palen worden geplaatst – lang en smal
patroon of breed en kort patroon – en de ruwheid tussen de palen. Het laatste punt, de
ruwheid tussen de palen, wordt behandeld omdat de huidige functie niet meer
uitgeoefend kan worden tussen de palen, waardoor over het gebied in de uiterwaard
waar gebouwd wordt de bodemruwheid wellicht toe zal nemen.
Het blijkt dat het Reynoldsgetal, waarvan de weerstandscoëfficiënt van de palen van
afhankelijk is, zie hoofdstuk 3.2, rond de 2,5*105 ligt, terwijl bij een Reynoldsgetal vanaf
Q0
Δhb Q1 h1
i1
i0
h0
Figuur 3.9: Schematisatie evenwichtsituatie in zomerbed na ingreep.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 27
3,0*105 de weerstandscoëfficiënt sterk daalt. Dit heeft invloed op de maximale
opstuwing die op kan treden, zie formule [18]. De invloed van deze parameter wordt
ook in deze paragraaf behandeld.
De gevoeligheid van de verschillende parameters op de opstuwing wordt uitgedrukt
in de maximale opstuwing, aan de stroomopwaartse zijde van de ingreep. De invloed
van de genoemde parameters op de bodemhoogte wordt niet behandeld, aangezien dit
afhankelijk is van het effect op de waterstand: een grotere opstuwing zal leiden tot
meer effect op het bodemniveau en evenzo zal een kleinere opstuwing leiden tot
minder effect op het bodemniveau.
3.6.1 Aantal palen
Het aantal palen dat aangenomen is voor de 3000 gebouwen die in de uiterwaard
gebouwd worden is 18.000, waarbij nog 120 palen aangenomen zijn voor de
verbindingsbrug naar het binnen de winterdijk gelegen gebied. In figuur 3.10 is het
wateropstuwende effect weergegeven van andere hoeveelheden palen. De rode
verticale lijn geeft het aantal palen weer die in de case zijn aangenomen. Het gebied
waarover de palen geplaatst worden is gelijk gehouden aan het eerder
geschematiseerde gebied: 150 ha, met een breedte van 600 meter en een lengte van 2500
meter. De aangestroomde oppervlakte is daarmee de parameter die verandert in
formule [18]. Gemiddeld neemt het wateropstuwende effect met ongeveer 0,7 cm toe bij
een toename van het aantal palen met 5000.
3.6.2 Spreiding palen
Voor het bepalen van de invloed van de spreiding van de palen op het opstuwende
effect wordt het aantal palen gelijk gehouden aan 18.120, zoals aangenomen voor de
case. De lengte van het gebied waarin de palen worden geplaatst is veranderlijk; de
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
Aantal palen
Op
stu
win
g (
cm
)
Figuur 3:10: Verband tussen aantal palen en opstuwing.
5.000 stuks
IJssel
35.000 stuks
Dijk
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 28
breedte van het gebied wordt constant gehouden op 600 meter, zie figuur 3.11. In dit
figuur is de opstuwing uitgezet tegen de lengte van het gebied. Bij een toename van de
lengte van het gebied neemt de plaatsingsdichtheid af. Het blijkt dat een ingreeplengte
van 3750 meter de grootste opstuwing veroorzaakt. Bij een kleinere lengte en daarmee
grotere spreidingsdichtheid is de opstuwing kleiner, evenals bij een grotere lengte met
een kleinere spreidingsdichtheid. In het eerste geval is de lengte te kort om een hoge
opstuwing te veroorzaken, en het tweede geval is de spreidingsdichtheid te klein om
een groot opstuwend effect te hebben.
3.6.3 Plaatsingspatroon palen
Het patroon waarin de palen in de Wilpsche Klei geplaatst worden, en daarmee de
vorm van de wijk, heeft invloed op het waterstandverhogende effect. Een lange, smalle
strook bebouwing zal een ander opstuwend effect hebben dan een vierkant blok.
Uitgangspunt is dat het totale bebouwde oppervlak gelijk blijft – 150 ha. Dat betekent
dat de strook een lengte heeft van 15.000 meter bij een breedte van 100 meter en een
lengte van 1875 meter bij een breedte van 800 meter. De maximale breedte is 900 meter:
Lengte 1.000 m
IJssel
Lengte 15.000 m
Dijk
Figuur 3:11: Verband tussen spreidingsdichtheid palen en opstuwing.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
Lengte ingreep (m)
Op
stu
win
g (
cm
)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0
Verhouding lengte / breedte
Op
stu
win
g (
cm
)
LxB = 1875x800
IJssel
LxB = 15000x100
Dijk
Figuur 3.12: Verband tussen plaatsingspatroon palen en opstuwing.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 29
hierbij is de uiterwaard binnen de zomerkade over de hele breedte bebouwd. In figuur
3.12 is het opstuwende effect uitgezet tegen de verhouding lengte / breedte. Bij
bebouwing van 15.000 x 100 meter is de verhouding 150, bij een blok van 1875 bij 800 is
de verhouding 2,3. Ofwel: een hoge waarde op de x-as betekent een lange, smalle
strook bebouwing; een lage waarde betekent een meer vierkant blok bebouwing. Uit
figuur 3.12 blijkt dat een kleine lengte / breedte verhouding de meeste opstuwing
oplevert.
3.6.4 Bodemruwheid tussen palen
Door het bouwen in de uiterwaard, is de functie landbouw niet meer mogelijk in het
gebied – het grootste gedeelte van de uiterwaard heeft de functie landbouw. De palen
verhinderen een goede bedrijfsvoering. Hierdoor zal de ruwheid tussen de palen
veranderen – ervan uitgaande dat er niet dusdanig onderhoud wordt gepleegd dat de
ruwheid gelijk blijft. In figuur 3.13 is de bodemruwheid tussen de palen uitgezet tegen
het wateropstuwende effect van de palen.
Uit figuur 3.13 blijkt dat bij een toename van de ruwheid tussen de palen het
opstuwende effect groter wordt; het effect vlakt licht af, naarmate de ruwheid
toeneemt.
3.6.5 Weerstandscoëfficiënt palen
Zoals opgemerkt daalt de weerstandscoëfficiënt sterk vanaf een Reynoldsgetal van
3,5*105. Bij Re = 4,5*105 is de Cd-waarde gedaald naar 0,30. Een zo grote verlaging van
de weerstandscoëfficiënt betekent aanzienlijk minder opstuwing van het water. Een
hoger Reynoldsgetal kan theoretisch gezien bereikt worden door de palen ruwer te
maken of door strips hierop aan te brengen – te vergelijken met het effect van putjes in
een golfbal. In figuur 3.14 is de invloed van de weerstandscoëfficiënt op het
waterstandverhogende effect weergegeven.
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Nikuradse-ruwheid tussen palen (m)
Op
stu
win
g (
cm
)
Figuur 3.13: Verband tussen bodemruwheid tussen de palen en opstuwing.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 30
3.7 Analyse resultaten
3.7.1 Hydraulisch
Allereerst kan geconcludeerd worden dat de verwachte effecten optreden. De
waterstand bij maatgevende afvoer stijgt door het bouwen op palen in de uiterwaard.
De stijging van de waterstand is maximaal ongeveer 3,0 cm, uitgaande van de case.
De verschillende parameters hebben een verschillende invloed op het
waterstandverhogende effect. Het is eenvoudig voor te stellen dat bij een toename van
het aantal palen op een gelijkblijvend bodemoppervlak het effect op de waterstand
groter wordt. Het effect wordt niet evenredig groter met de toename van het aantal
palen. Dat is in overeenstemming met formule [18]:
2
1
2
1
b
dr
r
Cg
hCAC
+
=
Uit formule [18] blijkt dat veranderingen in het aantal palen, en daarmee
veranderingen in de aangestroomde oppervlakte – Ar – eenzelfde effect heeft op de
uiteindelijke bodemruwheid Cr als de weerstandscoëfficiënt – Cd. Dat komt ook naar
voren in de figuren 3.9 en 3.13 – de kromme in figuur 3.9 lijkt anders doordat de
waarden op de x-as een grotere procentuele spreiding hebben. De invloed van
veranderingen in de ruwheid tussen de palen is groter dan van de veranderingen in de
aangestroomde oppervlakte en de weerstandscoëfficiënt, wat in formule [18] tot
uitdrukking komt door de bodemruwheid te kwadrateren: dit grotere effect is terug te
zien in figuur 3.11.
Uit figuur 3.10 blijkt dat bij een gelijkblijvend aantal palen en bij een wisselende lengte
waarover de palen worden geplaatst – uitgedrukt in aangestroomde oppervlakte –, op
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
Weerstandscoefficient
Op
stu
win
g (
cm
)
Figuur 3.14: Verband tussen weerstandscoëfficiënt en opstuwing.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 31
zeker moment een hoogtepunt in het opstuwende effect wordt bereikt. Bij een klein
aangestroomd oppervlak en een lange lengte waarover de palen zijn geplaatst langs de
rivier is het effect klein omdat de extra verruwing veroorzaakt door de palen minimaal
is. Bij een toename van de dichtheid van de palen, en dus bij een kortere lengte
waarover de palen geplaatst zijn, neemt de verruwing door de palen toe. Weliswaar is
de lengte waarover de ingreep plaatsvindt kleiner, maar omdat in het begin van de
ingreep het opstuwende effect het meest toeneemt, neemt het maximaal optredende
opstuwende effect nog toe. Tot op het moment de lengte van de ingreep dusdanig klein
wordt dat een toename in de dichtheid van de palen niet resulteert in een grotere
maximale opstuwing, omdat het water geen tijd – lengte – heeft om hoog op te stuwen.
In figuur 3.11 treedt dit effect ook min of meer op. Een toename van de lengte, en
daarmee een afname van de breedte, veroorzaakt minder wateropstuwing. Dit houdt in
dat niet zozeer de lengte van de ingreep invloed heeft op het opstuwende effect, maar
de breedte – dit kwam ook naar voren in hoofdstuk 3.3, waar begroeiing loodrecht op
de stroming een hogere ruwheid veroorzaakt dan begroeiing parallel aan de stroming.
Door verschillende aanpassingen te doen, uitgaande van de case, kan een range
aangegeven worden waarbinnen praktisch gezien het opstuwende effect kan liggen –
ervan uitgaande dat de berekeningen goed zijn. Een maximale opstuwing kan worden
geschat als uitgegaan wordt van meer palen – 25.000 stuks –, een grotere breedte
waarover de ingreep plaatsvindt, bij gelijk blijvend oppervlak – 800 meter breed en
1875 meter lang –, een twee keer zo grote Nikuradse-ruwheid – kn = 0,8 meter – en een
gelijk blijvende weerstandscoëfficiënt – deze is al hoog. De maximale opstuwing is in
dit geval 5,4 cm. Een minimale opstuwing treedt op bij minder palen – 10.000 stuks – op
een gelijkblijvend oppervlak waarvan de breedte 400 meter is en de lengte 3750 meter,
terwijl de Nikuradse ruwheid gelijk blijft en de weerstandscoëfficiënt afneemt tot 0,4
door verruwing van de palen. De maximale opstuwing is in dit geval 1,3 cm.
3.7.2 Morfologisch
Uit de eenvoudige analytische berekening komt naar voren dat na de ingreep bij
MHW-afvoer de initiële bodemdaling in het zomerbed ter plaatse van de ingreep 0,55
cm zal zijn per dag, zie tabel 3.4. Bij lagere afvoeren is de bodemdaling kleiner. Bij een
afvoergolf die een tiental dagen duurt, komt dat neer op een daling van 5,5 cm. Net
bovenstrooms zal de initiële stijging bij de afvoergolf ongeveer een centimeter
bedragen. Bij een afvoer van 1750 m3/s, zijn de effecten ongeveer half zo groot als bij een
afvoer van 2459 m3/s. Bij een afvoer van 1000 m3/s is het effect van de ingreep op de
bodem zo klein dat het nagenoeg nul is. In figuur 3.7 lijkt dat bij deze afvoer de
sedimentafvoer niet verandert ter plaatse van de ingreep bij deze afvoer, zo klein is het
verschil. De maximale veranderingen treden op in de evenwichtsituatie die tientallen
jaren na de ingreep optreedt. De berekende waarden zullen nooit optreden omdat de
hoge afvoeren een afvoerduur hebben in de orde van dagen en niet van jaren. De
waarden geven echter wel inzicht in wat maximaal mogelijk is. Bij een continue afvoer
van 2459 m3/s is de bodemdaling in het zomerbed ter plaatse van de ingreep 62 cm, bij
een afvoer van 1750 m3/s ongeveer 23 cm. Bij een afvoer van 1000 m3/s verandert de
bodem nagenoeg niet.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 32
Hoofdstuk
4 1D-modelberekening
In dit hoofdstuk worden de hydraulische en morfologische effecten van het bouwen
op palen in de uiterwaard Wilpsche Klei berekend met het 1D-programma SOBEK-
rivers. Voor deze berekeningen wordt gebruik gemaakt van het Rijntakkenmodel,
waaruit de IJssel ‘geknipt’ is. Door Rijkswaterstaat zijn hieraan de juiste
randvoorwaarden gekoppeld. Het is mogelijk alleen gebruik te maken van de IJsseltak
bij de berekeningen. De Wilpsche Klei is te ver van de Pannerdensche Kop, waar de
IJssel aftakt van de Nederrijn, verwijderd om de afvoerverdeling hier merkbaar te
beïnvloeden – de afstand is ongeveer 50 km.
Allereerst wordt in dit hoofdstuk het model waarmee gerekend wordt beschreven.
Hierna wordt de huidige situatie weergegeven, wat betreft de waterstanden en de
autonome bodemontwikkeling. Hierbij wordt voor de waterstand uitgegaan van de
maatgevende afvoer van 2459 m3/s terwijl voor de bodemontwikkeling een afvoerreeks
van 25 jaar wordt gebruikt, namelijk de gemeten afvoerreeks van 1973 tot 1998 – bijlage
K. Daarna wordt beschreven hoe het bouwen op palen in de uiterwaard weergegeven
kan worden in het programma. De resultaten van de nieuwe situatie zullen vervolgens
worden weergegeven. Als laatste wordt de huidige situatie met de nieuwe situatie
vergeleken en volgt een analyse waar conclusies aan worden verbonden.
4.1 Model
Het 1-dimensionale rekenprogramma SOBEK-rivers is bedoeld om grootschalige
hydraulische en morfologische ontwikkelingen in rivieren te simuleren. Hierbij moet
gedacht worden aan ontwikkelingen op het niveau van minimaal enkele kilometers.
Met behulp van SOBEK zijn de Rijntakken gemodelleerd, waaronder de IJssel. Zoals
opgemerkt, wordt ten behoeve van de uit te voeren berekeningen alleen gebruik
gemaakt van de IJsseltak. De schematisatie evenals de benodigde parameters en
randvoorwaarden zijn in dit model aanwezig. Uitgangspunt is dat deze gegevens juist
zijn, wat aannemelijk is aangezien het model hydraulische en morfologisch
gekalibreerd en gevalideerd is en gebruikt wordt door Rijkswaterstaat [Jesse, P.,
Kroekenstoel, D.F., 2001].
Zoals opgemerkt in hoofdstuk 3 is gemiddeld per vak van 500 meter een rivierprofiel
in het model opgegeven met een gemiddeld stroomvoerende en waterbergend deel. De
profielen zijn gemaakt aan de hand van de rivierkundige database BASELINE en met
behulp van GIS-applicaties. Elk vak is 500 meter breed in het zomerbed, maar door de
kronkelingen in de rivier is de breedte van de uiterwaarddelen niet overal 500 meter,
zoals schematisch weergegeven is in figuur 4.1. Aangezien de vakken wel 500 meter
breed gemodelleerd zijn, zijn de uiterwaardoppervlakten vertaald naar een breedte van
500 meter.
4
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 33
Over de periode 1973 tot en met 1998 is de afvoer van de IJssel gemeten. Deze
tijdreeks wordt gebruikt als bovenstroomse randvoorwaarde om morfologische effecten
te berekenen. Voor de hydraulische effecten wordt gebruik gemaakt van een MHW-
afvoer. Als randvoorwaarde benedenstrooms geldt een QH-relatie ter plaatse van het
Kattendiep en het Keteldiep; bij een bepaalde optredende waterhoogte hoort een
vastgestelde afvoer. Op een aantal locaties langs de IJssel vindt laterale wateraanvoer
plaats. Deze is afhankelijk van het bovenstroomse debiet.
Bij de hydraulische berekeningen wordt uitgegaan van niet-stationaire
waterbeweging. Hierbij wordt een afvoergolf gesimuleerd als een voortplantende en
afvlakkende golf. Voor morfologische berekeningen heeft deze golfafvlakking vrijwel
geen effect terwijl de rekenduur toeneemt en de stabiliteit van het model afneemt.
Daarom wordt de waterbeweging bij morfologische berekeningen stationair
veronderstelt; dit wil zeggen dat gedurende een tijdstap de waterbeweging niet
verandert in de tijd [Jesse, P., Kroekenstoel, D.F., 2001].
Om de stabiliteit van het rekenmodel te waarborgen, moeten de veranderingen in de
waterhoogtes van de ene tijdstap naar de andere niet te groot zijn. Vooral in verband
met stuwaansturing is een kleine tijdstap – kleiner dan een dag – belangrijk voor de
stabiliteit. Rijkswaterstaat heeft gekozen voor tijdstappen van 6 uur; hierbij is geen
gevaar voor instabiliteit en de rekenduur is acceptabel door de toename van de snelheid
van computers [Jesse, P., Kroekenstoel, D.F., 2001].
Het morfologische deel van het Rijntakkenmodel is gekalibreerd met behulp van
afvoergegevens van 1987 tot en met 1997, aangezien voor deze periode vrij
gedetailleerde bodemliggingsgegevens beschikbaar zijn. Hierbij is uitgegaan van tussen
1976 en 1995 gemeten korreldiameters – het sediment op een locatie wordt beschreven
met behulp van één enkele korreldiameter. Voor de bodemontwikkeling is de te
gebruiken transportformule en de sedimentverdeling bij de splitsingspunten in de Rijn
Km 939,9
Km 938,4
Km 937,9
Km 937,4
Km 938,9
Km 939,4
Figuur 4.1: Vakindeling IJssel ter plaatse van de ingreep.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 34
van belang. Uit de kalibratie is naar voren gekomen dat de volgende User Defined
transportformule het best voldoet, zie ook formule [5]:
( ) 5.1025.0
1
8−
−=Φ s
p
A µθε
[28]
waarin Φ te bepalen is met formule [6], εp de porositeit – 0,4 –, μ de ribbelfactor die
door SOBEK wordt berekend en θs de dimensieloze schuifspanning. A is de
kalibratieparameter. Voor het onderzoeksgebied is deze vastgesteld op 0,6. Uit validatie
en her-kalibratie blijkt dat de processen in de IJssel redelijk goed berekend worden met
het SOBEK-Rijntakkenmodel [Jesse, P., Kroekenstoel, D.F., 2001].
Ten behoeve van de hydraulische berekeningen is het Rijntakkenmodel gekalibreerd
op het hoogwater van 1995 en geverifieerd met de hoogwaters van 1993 en 1998.
4.2 Huidige situatie
Het model is compleet aangeleverd, wat wil zeggen dat de huidige situatie direct
berekend kan worden. Hier wordt kort ingegaan op de uitkomsten van de
berekeningen welke naar verwachting veranderen na de ingreep.
4.2.1 Hydraulisch
Voor een deel van de IJssel is in figuur 4.2 de waterstand, de waterdiepte in het
zomerbed en de waterdiepte in het winterbed weergegeven bij MHW-afvoer. Ter
hoogte van het grijs gearceerde gedeelte bevindt zich het gedeelte van de uiterwaard
Wilpsche Klei waarin de ingreep zal plaatsvinden. De ingreep zal plaatsvinden tussen
rivierkilometer 937,4 en 939,4. Deventer ligt ter hoogte van IJsselkilometer 944.
Opvallend in figuur 4.2 is dat het waterspiegelverhang ter hoogte van de Wilpsche
Figuur 4.2: Waterstand en waterdiepte zomer- en winterbed in de IJssel bij MHW-afvoer.
927,9 932,4 937,4 939,9 942,4 947,4
Q
IJsselkilometer
Wate
rlev
el (
NA
P)
/ W
ate
rdie
pte
(m
)
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 35
Klei klein is – het blijkt dat op dit punt het waterspiegelverhang ongeveer het kleinst
van de hele IJssel is. Dit wordt waarschijnlijk veroorzaakt door het opstuwende effect
van de versmalling bij Deventer. Verder valt op dat de waterdiepte in de uiterwaarden
minder is dan gemiddeld, terwijl de waterdiepte in het zomerbed ongeveer gemiddeld
is. Dit komt door de grote breedte van uiterwaard Wilpsche Klei en het relatief hoge
bodemniveau van deze uiterwaard.
4.2.2 Morfologisch
Zoals opgemerkt wordt voor de morfologische ontwikkeling van de bodem gebruik
gemaakt van gemeten afvoeren tussen 1973 en 1998. In figuur 4.3 is de bodem voor een
deel van de IJssel weergegeven in 1973, in 1985 en in 1998. Het gearceerde gedeelte is
het gebied waar de ingreep plaats zal vinden – de Wilpsche Klei.
Opvallend aan figuur 4.3 is dat niet voor het hele weergegeven gebied een duidelijke
bodemontwikkeling te zien is. Vooral voor het gebied stroomopwaarts van de Wilpsche
Klei is wel een duidelijke bodemontwikkeling te zien; hier stijgt het bodemniveau 0,4
Figuur 4.3: Bodem IJssel op drie tijdstippen in 25 jaar.
927,9 932,4 937,4 939,9 942,4 947,4
Bed
lev
el (
NA
P)
Figuur 4.4: Bodemverloop over 25 jaar nabij Wilpsche Klei.
Bed
level
(N
AP
)
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 36
tot 0,6 meter in 25 jaar. Rond de Wilpsche Klei en benedenstrooms hiervan verloopt de
bodem grillig. Op een aantal plaatsen is een bodemdaling te zien terwijl er ook plaatsen
zijn waar het bodemniveau eerst hoger wordt en dan weer lager, en andersom.
Voor zes IJsselkilometers rondom de Wilpsche Klei – daar waar de ingreep plaats zal
vinden – is in figuur 4.4 het verloop van de bodem in de tijd uitgezet, over 25 jaar. In dit
figuur is te zien dat de bodemontwikkeling in de loop van de tijd niet eenduidig is.
Opvallend is wel dat een zandgolf die rond 1975 zijn top bereikt ter plaatse van km
937,4, zich in de loop der jaren in stroomafwaartse richting voortbeweegt, terwijl de
hoogte ervan afneemt. In 1980 is de zandgolf verplaatst naar km 939,9 terwijl de hoogte
afgenomen is van ongeveer 0,5 meter naar 0,1 meter. Verder is opvallende dat het
bodemverloop ter plaatse van een aantal km-punten heel abrupt en schokkerig verloopt
- vooral km 937,4 - terwijl de bodem ter plaatse van nabij gelegen km-punten geleidelijk
verloopt - vooral km 938,4.
4.3 Bouwen op palen
Hier wordt eerst beschreven waar in het aangeleverde SOBEK-model het bouwen op
palen geschematiseerd kan worden, waarna de methode beschreven wordt waarop de
schematisatie plaatsvindt. Als laatste wordt ingegaan op de in te voeren waarden die
representatief zijn voor het bouwen in uiterwaarden.
4.3.1 Algemeen
Het bouwen van een wijk op palen in de uiterwaard Wilpsche Klei kan in SOBEK
geschematiseerd worden door de ruwheid in de uiterwaarden te vergroten - net als
gedaan is ten behoeve van de eenvoudige analytische berekeningen. In het programma
zijn verschillende ruwheden opgegeven voor verschillende riviertrajecten als wel voor
verschillende punten in de dwarsprofielen. Zo zijn er voor verschillende afvoeren
Chézy-ruwheden gegeven voor het zomerbed, terwijl voor de verschillende
uiterwaarden een Nikuradse-ruwheid is gegeven. De in het programma aangeduide
‘uiterwaard 1’ is de kribsectie, terwijl de eigenlijke uiterwaarden aangeduid worden
met ‘uiterwaard 2’. De ingreep zal plaatsvinden binnen ‘uiterwaard 2’.
Binnen het model is van IJsselkm 934,4 tot en met 939,4 één waarde voor de ruwheid
in ‘uiterwaard 2’ opgegeven: een Nikuradse-waarde van 0,09 meter. Voor IJsselkm
939,9 is de ingevoerde ruwheid 0,22 meter. Deze ruwheid is een combinatie van
ruwheid veroorzaakt door ecotopen – keco – en ruwheid veroorzaakt door de
vereenvoudigingen in het 1D-model – kmodel. De ruwheid veroorzaakt door de ecotopen
is in het 2D-rekenprogramma WAQUA omgezet in een afvoerafhankelijke ruwheid
voor elke roostercel. Deze ruwheid per roostercel is om te zetten in
gebiedsrepresentatieve ruwheid, die weer dient als uitgangspunt bij de bepaling van de
ruwheid in SOBEK.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 37
4.3.2 Methode
Om te kunnen bepalen hoeveel de ruwheid in het SOBEK-Rijntakken model groter
wordt door het bouwen in de uiterwaard is eerst van belang te weten wat de invloed
van de vereenvoudiging van het 2D-model naar het 1D-model is. Het is niet mogelijk
de ruwheid in SOBEK uit te splitsen in een keco-ruwheid en een kmodel-ruwheid. Het
blijkt echter dat de in het model ingevoerde ruwheid en de werkelijke gebiedsruwheid
evenredig met elkaar zijn [Veen, R. van der, Pakes, U., Schutte, L., 2002]. Door de in het
model ingevoerde ruwheid te delen door de werkelijke ruwheid wordt de
kalibratiefactor verkregen.
De werkelijke ruwheid is berekend in hoofdstuk 3.3; voor IJsselkm 934,4 tot en met
939,9 is dit gemiddeld 0,38 meter – Nikuradse-ruwheid. Dat betekent dat voor IJsselkm
934,4 tot 939,9, waar de ingevoerde ruwheid 0,09 meter is, de kalibratiefactor 0,24 is.
Voor IJsselkm 939,9, waar de ingevoerde ruwheid 0,22 meter is, is de kalibratiefactor
0,58. Opvallend is dat deze kalibratiefactoren significant kleiner zijn dan de
kalibratiefactor die bepaald is voor de eenvoudige analytische berekening; deze factor
is 3,6. In het SOBEK-Rijntakken model is een kleinere ruwheid dan de werkelijke
ruwheid ingevoerd, terwijl in het eenvoudige analytische model een grotere ruwheid
dan de werkelijke ruwheid is ingevoerd. Een verklaring hiervoor zou kunnen zijn dat in
het SOBEK-Rijntakken model de bocht in de rivier waarin de ingreep plaatsvindt wel is
opgenomen, terwijl bij de eenvoudige analytische berekening uitgegaan is van een recht
stuk rivier. Verder kan het verschil ontstaan doordat bij de eenvoudige berekeningen
gebruik is gemaakt van gemiddelde waarden voor de uiterwaardruwheid, terwijl deze
plaatselijk sterk kan variëren. Zoals in hoofdstuk 4.1 beschreven is de IJssel opgedeeld
in vakken van 500 meter. Ook in de bochten van de IJssel wordt aangenomen dat per
vak het uiterwaarddeel, evenals het zomerbeddeel, 500 meter breed is, terwijl dit niet
overal het geval is, zie figuur 4.1. Omdat de breedte van de uiterwaard in werkelijkheid
in een bochtvak kleiner kan zijn dan 500 meter, kan een lage kalibratiefactor voor de
ruwheid nodig zijn om de juiste waterstand te bereiken. In het eenvoudige analytische
model kan een hoge kalibratiefactor nodig zijn om energieverliezen die in werkelijkheid
in bochten optreden te verdisconteren.
De toename van de ruwheid in het deel van de uiterwaard waar gebouwd wordt, kan
zoals opgemerkt ook hier bepaald worden met behulp van formule [18]. Echter de
toename kan in dit geval niet berekend worden over de uiterwaardbreedte waar
daadwerkelijk gebouwd wordt, maar moet als integrale verruwing over de hele breedte
van de uiterwaard worden opgenomen. In het SOBEK-Rijntakken model is het namelijk
niet mogelijk de ruwheid tussen de zomerkade en de winterdijk te variëren. Dit houdt
in dat de ruwheidvergroting over een groter oppervlak plaatsvindt, wat betekent dat de
ruwheidtoename kleiner is per oppervlakte-eenheid. Per vak tussen IJsselkm 937,4 en
939,9 wordt bepaald hoeveel procent van het gebied waarin op palen gebouwd wordt
hierin ligt. Aan de hand van dit percentage wordt bepaald hoeveel palen per vak
worden aangebracht. Aangezien de palen in het stroomvoerende gedeelte van de
uiterwaard worden aangebracht, wordt per vak, per stroomvoerend gedeelte van de
uiterwaard berekend wat het aangestroomde oppervlak is van de palen, zie formule
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 38
[19]. Als de aangestroomde oppervlakte per vak is bepaald, kan met formule [18] voor
verschillende waterdieptes de nieuwe uiterwaardruwheid bepaald worden. Hierbij
moet de aanwezige uiterwaardruwheid – de werkelijke ruwheid, niet de ruwheid als
opgegeven in SOBEK – die uitgedrukt is in een Nikuradse-waarde, met behulp van
formule [2] omgezet worden naar een Chézy-waarde. Zo ontstaat een tabel met nieuwe
uiterwaardruwheden – Chézy-waarden – per vak voor verschillende waterdieptes.
Deze moeten weer omgezet worden in een Nikuradse-ruwheid omdat in het SOBEK-
Rijntakken model dit type ruwheid is opgegeven voor de uiterwaard. Voordat deze
nieuwe waardes ingevoerd kunnen worden in SOBEK moeten deze waardes
vermenigvuldigd worden met de kalibratiefactor. In figuur 3.3 is dit schematisch
weergegeven.
4.3.3 Invoer
Om in het SOBEK-Rijntakken model per vak de diepte afhankelijke nieuwe ruwheid
in te kunnen voeren, die wisselt per vak, moet eerst de IJsseltak waarin de ingreep
plaatsvindt opgedeeld worden. Deze moet opgedeeld worden in een deel waarin de
vakken zich bevinden waarin de ingreep plaatsvindt – rivierkilometer 937,4 tot en met
939,9 –, een deel bovenstrooms van de ingreep en een deel benedenstrooms van de
ingreep.
In bijlage J is het totale aangestroomde oppervlak paal per riviervak berekend, evenals
de nieuwe gebiedsruwheden. In tabel 4.1 zijn de in het model in te voeren nieuwe
gebiedsruwheden gegeven.
Tabel 4.1: In SOBEK in te voeren nieuwe ruwheden, behorende bij een gebiedsruwheid van 0,38 meter.
4.4 Effecten bouwen op palen
De hydraulische en morfologische effecten die optreden door de aanpassingen in het
SOBEK-Rijntakken model, als in vorige paragraaf beschreven, worden hier
weergegeven. Allereerst zal ingegaan worden op de hydraulische effecten waarna de
morfologische effecten worden beschreven. Voor het bepalen van de effecten worden
de uitkomsten na de ingreep vergeleken met de huidige situatie.
Diepte (h) km 937,4 km 937,9 km 938,4 km 938,9 km 939,4 km 939,9
0,5 0,09 0,09 0,10 0,10 0,09 0,22
1,0 0,10 0,11 0,11 0,12 0,09 0,23
1,5 0,11 0,13 0,14 0,15 0,10 0,24
2,0 0,12 0,16 0,18 0,19 0,11 0,25
2,5 0,14 0,19 0,22 0,25 0,11 0,26
3,0 0,16 0,23 0,28 0,31 0,12 0,28
3,5 0,18 0,28 0,34 0,39 0,13 0,29
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 39
De methode waarop de ruwheid in SOBEK is gemodelleerd na de ingreep, is anders
dan in de situatie waarmee gerekend is in de huidige situatie. Zoals in vorige paragraaf
weergegeven is in de huidige situatie de ruwheid in SOBEK opgenomen als één
Nikuradse-waarde voor bepaalde delen van de IJsseltak, terwijl in de nieuwe situatie in
het deel waarin de ingreep plaatsvindt de ruwheid afhankelijk is van de waterdiepte.
Om na te gaan of dit invloed heeft op de uitkomsten is allereerst voor elke waterdiepte
de oorspronkelijke ruwheid ingevoerd – 0,09 voor km 937,4 tot en met 939,4 en 0,22
voor km 939,9. Het blijkt dat de uitkomsten dan precies gelijk zijn aan de uitkomsten
berekend in paragraaf 2, wat betekent dat de takopdeling en methodeverandering geen
invloed heeft op de uitkomsten.
4.4.1 Hydraulisch
In figuur 4.5 is de waterstand weergegeven van 10 km stroomopwaarts van de
ingreep tot 5 km stroomafwaarts van de ingreep, voor de huidige situatie en de situatie
na de ingreep, bij MHW-afvoer. De plaats van ingreep in grijs gearceerd in het figuur.
De maximaal optredende waterstandverhoging is 3,2 cm. Deze verhoging treedt op aan
de stroomopwaartse rand van de ingreep.
Stroomopwaarts wordt het effect van de ingreep steeds kleiner. Het blijkt dat het
waterstandverhogende effect bij van het splitsingspunt bij de Pannerdensche Kop tot
nul gereduceerd is. In figuur 4.6 is het verloop van de waterstandverhoging
weergegeven ter plaatse van de ingreep.
In figuur 4.7 is de afvoer door de uiterwaard in de beide situaties weergegeven, ter
plaatse van de ingreep. Opvallend is dat in het deel waar in de huidige situatie de
afvoer door de uiterwaard het kleinst is, de afname het grootst is, zowel relatief als
absoluut gezien, terwijl in het deel waar de afvoer het grootst is, de afname het kleinst
is. De grote afname bij relatief kleine afvoeren door de uiterwaard kan voorkomen op
plaatsen waar de uiterwaard breed is terwijl het bodemniveau hoog is. Door het hoge
bodemniveau bevindt zich weinig water in de uiterwaard, terwijl bij een stijging van de
ruwheid het debiet enorm afneemt door de grote breedte. Daar tegenovergesteld zal bij
een smal deel van de uiterwaard, met een laag bodemniveau, de afvoerafname klein
Figuur 4.5: Waterstand voor, ter plaatse van en na de ingreep, bij MHW-afvoer.
927,9 931,4 935,4 938,9 942,9
IJsselkilometer
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 40
zijn na de ingreep, in verhouding tot de huidige afvoer en in verhouding tot de afname
bij een breed deel van de uiterwaard.
4.4.2 Morfologisch
In figuur 4.8 is het bodemverloop weergegeven ter plaatse van de ingreep over een
periode van 25 jaar. De dikke lijnen in het figuur geven het verloop weer uitgaand van
de huidige situatie terwijl de dunne lijnen het verloop weergeven in de situatie na het
bouwen van de wijk op palen in de Wilpsche Klei. Te zien is dat de bodem over het
algemeen daalt door de ingreep. In figuur 4.9 is het verschil in bodemverloop tussen de
situatie zonder ingreep en de situatie met ingreep weergegeven. Opvallend in deze
wirwar van lijnen is dat op sommige plaatsen de bodem tijdelijk stijgt ten opzichte van
de huidige situatie, terwijl de verwachting was dat deze overal zal dalen. Op de meeste
plaatsen treedt na de ingreep wel bodemdaling op ten opzichte van de huidige situatie.
De bodemhoogte is veranderlijk, afhankelijk van de afvoer. Op de y-as van figuur 4.9 is
Figuur 4.6: Waterstand ter plaatse van de ingreep.
937,4 937,9 938,4 938,9 939,4 939,9
IJsselkilometer
Figuur 4.7: Afvoer door uiterwaarden ter plaatse van ingreep. Rood is voor ingreep; blauw is na ingreep.
937,4 938,4 939,4
IJsselkilometer
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 41
de gemiddelde daling van het zomerbed ter plaatse van de ingreep over de hele
periode van 25 jaar weergegeven. Deze gemiddelde bodemdaling ten opzichte van
de huidige situatie is ongeveer 2,7 cm.
Stroomopwaarts van de ingreep treedt een nauwelijks merkbaar effect op, zoals ook
de verwachting was. Stroomafwaarts heeft de ingreep meer effect op de bodem; dit is
tegen de verwachting in. Het blijkt dat tot ongeveer 5 km benedenstrooms van de
ingreep de bodem van het zomerbed wordt beïnvloed.
Om de resultaten uit hoofdstuk 3 te kunnen vergelijken met de SOBEK-resultaten is in
figuur 4.10 het verschil in bodemniveau weergegeven tussen de situaties voor en na de
ingreep over een aantal dagen na een opgetreden hoogwaterafvoerpiek van 1010 m3/s
en 1740 m3/s – binnen het grijs gearceerde gebied vindt de ingreep plaats. Ook hierin is
duidelijk te zien dat plaatselijk de bodem daalt en op andere plaatsen de bodem stijgt.
Figuur 4.8: Bodemverloop over 25 jaar, voor en na de ingreep.
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
1973/01 1975/07 1977/12 1980/06 1982/12 1985/06 1987/12 1990/06 1992/12 1995/06 1997/12
tijd
vers
chil b
odem
hoog
te (m
)
km 937.4 km 937.9 km 938.4 km 938.9 km 939.4 km 939.9 gem.
Figuur 4.9: Verschil in bodemhoogte tussen huidige situatie en situatie na de ingreep over 25 jaar.
10.0
5.0
0
- 5.0
- 10.0
- 15.0
vers
chil
bod
emh
oogt
e (c
m)
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 42
In dit figuur is verder te zien dat stroomopwaarts van de ingreep de bodemhoogte
nauwelijks verandert door de ingreep – zoals ook de verwachting was –, terwijl dit
stroomafwaarts wel het geval is – zie hoofdstuk 4.6 voor reden. De gemiddelde
bodemverandering over het hele gebied waar de ingreep plaatsvindt – gemiddelde van
de zes locaties – is bij een afvoer van 1740 m3/s na 1 dag een daling van 0,25 cm en na
twee dagen 0,28 cm. Bij een afvoer van 1010 m3/s is de daling na 1 dag 0,02 cm en na 2
dagen 0,01 cm. De sedimentatie en erosie in figuur 4.10 komen niet overeen met figuur
3.8. Dit wordt veroorzaakt doordat in het 1D-model lange zandgolven voorkomen,
terwijl in het eenvoudige analytische model uitgegaan wordt van een continu
bodemverloop.
Het verloop van het sedimenttransport door het zomerbed van de IJssel ter plaatse
van de ingreep is weergegeven in figuur 4.11, bij een debiet van 1010 m3/s en bij een
debiet van 1740 m3/s. De dikke lijn is de sedimentafvoer voor het uitvoeren van de
ingreep; de dunne lijn na het uitvoeren van de ingreep.
Figuur 4.10: Verschil in bodemhoogte tussen de situatie voor en na de ingreep, over een aantal dagen.
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
935.4 936.4 937.4 938.4 939.4 940.4IJsselkm
Bo
de
mv
ers
ch
il (
cm
)
1740 m3/s dag 1 1740 m3/s dag 2 1010 m3/s dag 1 1010 m3/s dag 2
Figuur 4.11: Sedimentafvoer ter plaatse van de ingreep, voor en na het uitvoeren van de ingreep.
937,4 938,4 939,4
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 43
4.4.3 Gecombineerd
In hoofdstuk 4.3.1 is het wateropstuwende effect van het bouwen op palen in de
uiterwaard weergegeven bij een MHW-afvoer. In hoofdstuk 4.3.2 is het effect van de
ingreep op het bodemniveau in het zomerbed weergegeven, uitgaande van de gemeten
afvoerreeks van 25 jaar. In deze paragraaf wordt het effect van de ingreep op de
waterstand en het bodemniveau bekeken waarbij perioden van MHW-afvoer
ingevoegd worden in de gemeten afvoerreeks. In de reeks wordt op twee plaatsen een
periode van 20 dagen ingevoegd waarbij de afvoer 2459 m3/s is. De eerste periode
wordt ingevoegd na een tijd van relatief veel lage afvoeren in de gemeten reeks. De
tweede periode wordt ingevoegd na een tijd van relatief veel hoge afvoeren in de
gemeten reeks. Gekozen is voor een periode van 20 dagen zodat het maximaal
mogelijke effect berekend kan worden: 20 dagen is voor een afvoergolf een lange
periode. In figuur 4.12 is de gemeten afvoerreeks weergegeven met daarin de periodes
met MHW-afvoer.
-8.0
-6.0
-4.0
-2.0
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
936.9 937.4 937.9 938.4 938.9 939.4 939.9
IJsselkm
Bo
dem
vers
ch
il (
cm
)
Na lage afvoer, dag 1 Na lage afvoer, dag 2 Na lage afvoer, dag 3
Na hoge afvoer, dag 1 Na hoge afvoer, dag 2 Na hoge afvoer, dag 3
Figuur 4.13: Bodemverandering bij verschillende hoogwater perioden en locaties.
Figuur 4.12: Gemeten afvoerreeks met twee perioden met MHW-afvoer.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 44
Het blijkt dat het maximaal opstuwende effect niet of nauwelijks wordt beïnvloed
door het inpassen van de MHW-afvoer in de gemeten afvoer. De maximaal gemeten
opstuwing is aan de bovenrand van het gebied waar de ingreep plaatsvindt 3,2 cm –
wat gelijk is aan de in hoofdstuk 4.3.1 berekende opstuwing. Dat deze maximale
opstuwing niet of nauwelijks verandert, komt doordat de gemiddelde bodemhoogte
nauwelijks verandert. In figuur 4.13 is voor drie dagen van de twee ingevoegde MHW-
afvoeren het bodemeffect ter plaatse van de ingreep weergegeven. Te zien is dat ter
plaatse van het bovenstroomse gedeelte van de ingreep, rond IJsselkm 937,4, de bodem
daalt en dat ter plaatse van het benedenstroomse gedeelte van de ingreep, rond
IJsselkm 939,4, de bodem juist stijgt. In figuur 4.10 is dit verschijnsel ook te zien. De
bodemdaling ter plaatse van IJsselkm 937,4 is ten tijde van de hele MHW-afvoer 0,5 tot
0,7 cm per dag. Gelijktijdig stijgt de bodem ter plaatse van IJsselkm 939,4 met dezelfde
waarden.
Bij een langere periode van MHW-afvoer – twee perioden van 50 dagen – verandert
de gemiddelde bodemhoogte in het traject nauwelijks ten opzichte van een kortere
periode. Het maximaal opstuwende effect van de palen blijft 3,2 cm. De toppen en
dalen van de zandgolven blijven tijdens de hoge afvoer echter wel groeien, zodat door
de langere periode met een hoge afvoer de zandgolven groter worden. In figuur 4.13 is
het groter worden van de zandgolven te zien. Doordat de zandgolven groter worden,
neemt de bodemruwheid in het winterbed toe, wat weer invloed heeft op de
waterstand – ook al wordt het opstuwende effect niet of nauwelijks groter.
4.5 Parametergevoeligheid
De resultaten als weergegeven in de vorige paragraaf zijn bepaald aan de hand van de
case. In hoofdstuk 3 is voor een aantal parameters bepaald wat de invloed ervan is op
het wateropstuwende effect. Om de resultaten van de eenvoudige analytische
berekeningen beter te kunnen vergelijken met de uitkomsten van de SOBEK-
berekeningen wordt ook met behulp van het SOBEK-model de invloed van
verschillende parameters op het wateropstuwende effect bepaald. Hierbij worden voor
zover mogelijk dezelfde parameters gebruikt als bij de eenvoudige analytische
berekeningen, te weten de invloed van het aantal palen – binnen het vastgestelde
gebied –, de ruwheid tussen de palen en de invloed van de weerstandscoëfficiënt. De
invloed van het patroon waarin de palen worden geplaatst kan niet worden
onderzocht, aangezien binnen SOBEK over de hele uiterwaard één ruwheidzwaarte
opgegeven moet worden; de breedte van de strook in de uiterwaard waar de ruwheid
vergroot wordt door de palen is niet te variëren. De invloed van de dichtheid van de
palen op het opstuwende effect kan wel met behulp van het SOBEK-model worden
onderzocht, maar deze waarden zijn niet te vergelijken met de waarden die met behulp
van de eenvoudige analytische berekeningen zijn bepaald: bij de analytische
berekeningen is gebruik gemaakt van een schematisatie die bepaald is aan de hand van
zes stroomprofielen in het SOBEK-model. Wanneer in het SOBEK-model buiten deze
zes profielen om aanpassingen worden gedaan, in profielen die wellicht anders zijn dan
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 45
de zes gebruikte profielen, zijn de uitkomsten anders. Vooral door andere
bodemhoogtes in aanliggende profielen worden de uitkomsten heel anders.
De invloed van de parameters op de opstuwing wordt uitgedrukt in de maximale
optredende opstuwing. Ter vergelijking voor de analyse in het volgende hoofdstuk
worden in de figuren in deze paragraaf de invloed als bepaald met de eenvoudige
analytische berekeningen en het verschil tussen beide methoden ook weergegeven.
4.5.1 Aantal palen
In figuur 4.14 is het aantal palen uitgedrukt in de daarbij optredende maximale
opstuwing. Zoals te zien is, is het wateropstuwende effect als berekend met het
eenvoudige analytische berekening kleiner dan berekend met het SOBEK-model. Het
verschil tussen beide methoden is het kleinst bij het aantal palen dat in de case is
aangenomen – 18.120 stuks. Verder is te zien dat het wateropstuwende effect van de
beide methoden ongeveer gelijkmatig toeneemt bij een toename van het aantal palen.
Het verschil in het opstuwende effect tussen de beide rekenmethoden ligt voor het
grootste gedeelte tussen de 0,2 en 0,3 cm – bij een kleiner aantal palen dan 10.000 wordt
het verschil tussen beide rekenmethoden groter.
4.5.2 Bodemruwheid tussen palen
In figuur 4.15 is de bodemruwheid tussen de palen uitgedrukt in de daarbij
optredende maximale opstuwing. Ook in dit figuur komt naar voren dat de uitkomsten
van de eenvoudige analytische berekeningen redelijk overeenkomen met de uitkomsten
van de SOBEK-model berekeningen, ook al zijn de verschillen groter dan bij een
variabel aantal palen. Het verschil tussen de beide rekenmethoden ligt tussen de 0,4 en
0,8 cm.
4.5.3 Weerstandscoëfficiënt palen
Zoals opgemerkt kan de weerstand die de stroming ondervindt door de palen wellicht
verkleind worden door het paaloppervlak ruwer te maken. In figuur 4.16 is de invloed
van de weerstandscoëfficiënt uitgezet tegen het water opstuwende effect. Ook voor
deze parameter blijkt dat de uitkomsten van het SOBEK-model overeenkomen met de
uitkomsten van het eenvoudige analytische model. Het verschil in uitkomsten tussen
de beide methoden ligt tussen de 0,2 en 0,3 cm.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 46
Figuur 4.14: Verband tussen aantal palen en opstuwing.
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
Aantal palen
Op
stu
win
g w
ate
r (c
m)
SOBEK Handberekening Verschil S-H
Figuur 4.15: Verband tussen bodemruwheid tussen de palen en opstuwing.
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Nikuradse-ruwheid (m)
Op
stu
win
g w
ate
r (c
m)
SOBEK Handberekening Verschil S-H
Figuur 4.16: Verband tussen weerstandscoëfficiënt en opstuwing.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
Weerstandscoeficient
Op
stu
win
g w
ate
r (c
m)
SOBEK Handberekening Verschil S-H
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 47
4.6 Analyse effecten
Bij de analyse van de hydraulische en morfologische effecten worden de resultaten als
beschreven in de vorige paragraaf geanalyseerd en vergeleken met de uitkomsten van
de eenvoudige analytische berekeningen. Verder wordt de invloed van de verschillende
parameters op het opstuwende effect, als bepaald met de twee berekeningsmethoden,
geanalyseerd.
4.6.1 Hydraulisch
Het waterstand verhogende effect berekend met het SOBEK-model is maximaal 3,2
cm bij een MHW-afvoer. Het maximale wateropstuwende effect berekend met de
eenvoudige analytische berekening is 3,0 cm. De waterstandverhoging door de ingreep
wordt stroomopwaarts van de ingreep steeds kleiner. Voor de Pannerdensche Kop is
het effect tot nul gereduceerd, wat overeenkomt met de eenvoudige analytische
berekeningen.
Dat de afvoer door de uiterwaarden afneemt na de ingreep werd verwacht, ondanks
de toename van de waterstand: doordat de waterdiepte in het zomerbed toeneemt
terwijl hier de situatie verder niet verandert, zal de afvoer door het zomerbed
toenemen. Dit brengt met zich mee dat de afvoer door de uiterwaarden kleiner wordt.
De afvoer door de uiterwaard, berekend met de eenvoudige analytische berekening, is
voor het uitvoeren van de ingreep 1470 m3/s, terwijl dit erna 1403 m3/s is. Dit is een
afname van ongeveer 4,6%. In SOBEK is berekende afvoer door de uiterwaard ter
plaatse van de ingreep gemiddeld 1629 m3/s voor het uitvoeren van de ingreep en 1523
m3/s na het uitvoeren van de ingreep. Dit is een afname van 6,5%. Het verschil tussen
de analytische berekening en de SOBEK-berekening is daarmee groot. Dit verschil
wordt waarschijnlijk veroorzaakt door variërende profielen in SOBEK ten opzichte van
de gemaakte schematisatie. Het effect van het grotere verschil in afvoer voor en na de
ingreep is een grotere opstuwing – 3,2 cm tegenover 3,0 cm.
De invloed van de verschillende parameters op het wateropstuwende effect berekend
met de eenvoudige analytische berekening en de SOBEK-berekening komen redelijk
overeen. Ook hierin is te zien dat de effecten berekend met het SOBEK-model groter
zijn dan berekend met het eenvoudige analytische model. Het verschil in opstuwend
effect is bij een wisselden aantal palen en een wisselende weerstandscoëfficiënt in bijna
alle gevallen 0,2 tot 0,3 cm. Bij een wisselende bodemruwheid tussen de palen is het
verschil maximaal 0,8 cm.
In het algemeen kan dus gezegd worden dat de eenvoudige analytische berekeningen
een goede inschatting geven van het wateropstuwende effect als berekend met behulp
van het SOBEK-model. Dat het wateropstuwende effect berekend met het SOBEK-
model groter is dan berekend met het eenvoudige analytische model wordt
waarschijnlijk veroorzaakt door het verschil in schematisatie: in SOBEK zijn per 500
meter bodemprofielen opgenomen terwijl bij de analytische berekening een
vereenvoudiging van een aantal van deze bodemprofielen gemaakt is.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 48
4.6.2 Morfologisch
Door het bouwen in de uiterwaard neemt de sedimentafvoer in het zomerbed ter
hoogte van de ingreep toe. Het gevolg is dat – gemiddeld – de bodem daalt. In figuur
4.9 is echter te zien dat plaatselijk de bodem ook kan stijgen door de ingreep. Dat komt
door oneffenheden in de bodem. In de rivier bevinden zich grootschalige zandgolven
waarvan de toppen hoger komen te liggen bij een toename van de waterafvoer. De
dalen worden dieper, wat als effect heeft dat de zandgolven groter worden bij een
toename van de afvoer. Na een hoogwater, wanneer de uiterwaarden niet meer
meestromen, herstelt de bodem zich weer en worden de zandgolven kleiner. Deze
zandgolven ontstaan wellicht op plaatsen waar door locale veranderingen in het
stroomprofiel erosie of sedimentatie optreedt.
Gemiddeld is de bodemverandering door de ingreep een daling van 2,7 cm over 25
jaar; in figuur 4.9 is ook te zien dat de tendens is dat de bodem daalt door de ingreep,
wat naar verwachting is. Dat de daling klein is komt doordat de uiterwaarden niet vaak
meestromen. De veranderingen die optreden bij een hoogwaterafvoer kunnen in
perioden van een lagere afvoer weer grotendeels teniet worden gedaan. Uit paragraaf
4.3.3 blijkt dat de bodemhoogte veranderingen zo klein zijn dat deze geen effect hebben
op het wateropstuwende effect van de palen.
Uit de eenvoudige analytische berekeningen komt naar voren dat bij MHW-afvoer de
bodemhoogte gemiddeld met ongeveer 0,5 cm per dag daalt ter plaatse van de ingreep.
Uit figuur 4.13 is op te maken dat dit overeenkomt met de daling ter plaatse van
IJsselkm 937,4. Echter het blijkt dat de gemiddelde daling van de bodem bij een MHW-
afvoer in een periode van 20 dagen ter plaatse van de ingreep ongeveer 2,0 cm is. De
inschatting van 0,5 cm per dag is daarmee significant groter – komt neer op 10 cm in 20
dagen. Opvallend in figuur 4.13 is dat het effect van de MHW-afvoer op de bodem
afhankelijk is van de afvoer voorafgaand aan deze afvoer. Als de afvoer in de periode
voor de MHW-afvoer relatief groot was, dus wanneer de gemiddelde bodemhoogte al
aan het afnemen is, veroorzaakt de MHW-afvoer een versterking van deze afname. Als
de bodemhoogte vrij constant is bij een periode van relatief lagere en gemiddelde
afvoeren is het effect van de hierop volgende MHW-afvoer op de bodemhoogte kleiner.
Bij een afvoer van 1000 m3/s is de hoeveelheid sediment dat afgevoerd wordt volgens
de eenvoudige analytische berekeningen 3,26*10-3 m3/s, zowel voor als na het uitvoeren
van de ingreep. Uit figuur 4.11 is af te leiden dat uit de SOBEK-berekeningen
hoeveelheden van respectievelijk 7,23*10-3 m3/s en 7,74*10-3 m3/s naar voren komen – bij
een afvoer van 1010 m3/s. Bij een afvoer van 1750 m3/s is de afgevoerde hoeveelheid bij
de eenvoudige analytische berekening 3,87*10-3 m3/s voor het uitvoeren van de ingreep
en 4,22*10-3 na het uitvoeren van de ingreep. Uit SOBEK-berekeningen volgen waarden
van respectievelijk 1,05*10-2 m3/s en 1,25*10-2 m3/s bij een afvoer van 1740 m3/s. De
waarden berekend met de verschillende methoden verschillen daarmee een factor twee
tot drie. Zoals al opgemerkt is, is de bodemverandering, die veroorzaakt wordt door
veranderingen in sedimentafvoer, sterk afhankelijk van de afvoer die in het verleden
plaatsgevonden heeft. Een afvoer alleen zegt niet veel over de bodemontwikkeling op
dat moment, al kan wel een globale schatting gemaakt worden van het gemiddelde
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 49
effect op de bodemligging als de afvoer bekend is. De werkelijke veranderingen zijn
afhankelijk van de locale bodemsituatie – grootschalige zandgolven.
Uit de SOBEK-berekeningen blijkt, zoals opgemerkt, dat tot ongeveer 5 km
benedenstrooms van de ingreep de bodem daalt. De grootste oorzaak van
bodemverstoringen benedenstrooms is het langzaam naar benedenstrooms bewegen
van de grootschalige zandgolven. De veranderingen die optreden in deze golven ter
hoogte van de ingreep, werken door in benedenstroomse richting. Na ongeveer vijf km
is de invloed van de ingreep op deze zandgolven weer tot nul gereduceerd. De
verwachting was dat de situatie benedenstrooms niet zou veranderen, omdat binnen
het eenvoudige analytische model geen rekening wordt gehouden met het verplaatsen
van de bodemveranderingen.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 50
Hoofdstuk
5 2D-modelberekening
Door RIZA, de adviesdienst van Rijkswaterstaat op het gebied van zoetwater in
Nederland, zijn 2D-modelberekeningen uitgevoerd die in dit hoofdstuk zijn
weergegeven. Het gebruikte programma hierbij is WAQUA. Hiermee zijn de
hydraulische effecten berekend van het bouwen op palen in uiterwaard de Wilpsche
Klei, volgens de case. Op deze berekeningen wordt niet diep ingegaan; kort wordt
genoemd hoe de berekeningen zijn uitgevoerd en worden de resultaten gegeven. In
verband met de tijdsplanning en het uitbesteden van het rekenwerk wordt hier niet
ingegaan op de werking van het programma WAQUA. Zoals in de Inleiding opgemerkt
ligt het zwaartepunt van dit onderzoek bij de eenvoudige analytische berekeningen en
de 1D-berekeningen. De 2D-berekeningen zijn vooral opgenomen om vooruitlopend op
verder onderzoek enigszins inzicht te krijgen in 2D-effecten van bouwen in
uiterwaarden.
5.1 Model
Het programma waar de 2D-berekeningen mee zijn uitgevoerd is WAQUA. Dit
programma is gebaseerd op SIMONA, een concept voor de ontwikkeling van
modelprogrammatuur. SIMONA staat voor Simulatie Modellen Natte waterstaat.
WAQUA is een simulatie systeem waarmee tweedimensionale waterbewegings- en
waterkwaliteitsberekeningen kunnen worden uitgevoerd. Met het programma kunnen
berekeningen uitgevoerd worden voor goed gemengde riviermondingen, kustzeeën en
rivieren.
WAQUA bestaat uit verschillende onderdelen. Allereerst wordt de ingevoerde data
gecontroleerd en geordend. Om 2D-berekeningen uit te kunnen voeren is een grote
hoeveelheid aan invoerdata nodig. Na de controle en ordening worden de eigenlijke
berekeningen uitgevoerd door de simulatiemodule. Deze module is groot wat betreft
geheugengebruik en runtijd. Als laatste kan na de eigenlijke berekeningen de enorme
hoeveelheid aan uitvoerdata gepresenteerd worden in grafieken en kaarten
[Rijkswaterstaat, 2004]
5.2 Aanpak
Om de rekentijd te verkorten is van een deel van de IJssel, rond het gebied waar de
ingreep plaatsvindt, een uitsnede gemaakt. De bovenstroomse rand van het gebied ligt
op IJsselkm 931,2 en de benedenstroomse rand op IJsselkm 945,0 Voor deze uitsnede
zijn hydraulische berekeningen uitgevoerd. Een groter gebied waarover de
5
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 51
berekeningen worden uitgevoerd geeft een
betrouwbaardere uitkomst, echter in verband met
de beschikbare tijd is gekozen voor het gebied dat
weergegeven is in figuur 5.1. Door de keuze van
een kleiner gebied kunnen de uitkomsten enkele
millimeters afwijken ten opzichte van een groter
gebied. Aan de benedenrand van het gebied is een
vaste waterstand van 7,96 m +NAP opgelegd, wat
overeenkomst met het maatgevende
hoogwaterniveau. Aan de bovenstroomse rand is
de MHW-afvoer opgelegd.
De contour waarbinnen de ingreep
gemodelleerd is, is weergegeven in figuur 5.2. De palen zijn gelijkmatig over het gebied
gemodelleerd en uitgedrukt als een aangestroomd oppervlak. Dit aangestroomde
oppervlak is uitgedrukt als een vaste waarde per m2 binnen de contourlijnen als
weergegeven in figuur 5.2. Hierbij is het aantal palen vermenigvuldigd met de diameter
van de palen en gedeeld is door het oppervlak binnen de contourlijnen. De waarden die
in het WAQUA-model zijn opgenomen voor de bodemruwheid in de uiterwaarden
komen overeen met de werkelijke ruwheidswaarden, wat als voordeel heeft dat
volstaan kan worden met het invoeren van het aangestroomde oppervlak in het
betreffende gebied. In hoofdstuk 3 is meer over het aangestroomde oppervlak
beschreven.
De berekeningen zijn uitgevoerd voor een situatie waarin de begroeiing tussen de
palen uit glad grasland bestaat en voor een situatie waarin de begroeiing tussen de
palen uit verspreid staande struiken bestaat. In het eerste geval is de ruwheid tussen de
palen lager dan in werkelijkheid en in het tweede geval is de ruwheid groter dan in
werkelijkheid – zie bijlage E voor ruwheidstypen. De uitkomsten zijn beter te
vergelijken met de eenvoudige handberekeningen en de 1D-modelberekeningen indien
de palen gemodelleerd zouden worden binnen de aanwezige begroeiing en bebouwing.
Deze manier van modelleren kost echter significant meer tijd waardoor hiervan is
afgezien. Een inschatting van RIZA is dat het wateropstuwende effect in dit geval iets
lager uit zal vallen dan in het geval van struiken als ondergroei.
Figuur 5.2: Modelcontour ingreep.
Figuur 5.1: Uitsnede rekengebied.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 52
5.3 Resultaten
In figuur 5.3 is het verschil tussen de situatie zonder ingreep en met ingreep
weergegeven. Het grijs gearceerde gebied geeft aan waar de ingreep plaatsvindt. Te
zien is dat de waterstand daalt in het geval van glad grasland tussen de palen, door de
kleinere ruwheid dan in werkelijkheid aanwezig is in het gebied. De waterstanddaling
is tot 1,8 cm onder het maatgevende hoogwaterniveau. Opvallend is dat de waterstand
ook stroomopwaarts van de ingreep daalt. Dit komt door de verbeterde afwatering in
de uiterwaard ter plaatse van de ingreep. In het geval van palen in de uiterwaard
waarbij de begroeiing tussen de palen bestaat uit verspreid staande struiken is het
wateropstuwende effect op de as van de rivier 1,3 cm. In figuur 5.4 is de
verschilwaterstand weergegeven over het hele gebied waarvoor de berekeningen zijn
uitgevoerd. De grijze lijnen in de figuur zijn stroomlijnen. Te zien is dat in de
uiterwaard de opstuwing groter is dan op de as van de rivier, tot ongeveer 3 cm, in het
geval van verspreid staande struiken tussen de palen. Het blijkt dat bij een toename van
het aantal struiken tussen de palen het opstuwende effect groter wordt tot ongeveer 3
cm op de as van de rivier; in de uiterwaarden is het opstuwende effect groter.
5.4 Analyse
De waterstand daalt bij het uitvoeren van de ingreep met 1,8 cm, wanneer de ruwheid
tussen de palen wordt verminderd tot glad grasland. Uit de eenvoudige analytische
berekeningen en 1D-berekeningen komt naar voren dat bij een lage ruwheid nog altijd
een wateropstuwend effect voorkomt. Dit significante verschil ontstaat doordat in het
eenvoudige analytische model en het 1D-model uitgegaan is van een gemiddelde
ruwheid over het beschouwde gebied, terwijl in het 2D-model uitgegaan is van de
specifieke ruwheid ter plaatse van de ingreep. Wanneer aangenomen wordt dat de
ruwheid tussen de palen toeneemt na het uitvoeren van de ingreep – als er verspreid
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
932 934 936 938 940 942 944
IJsselkm
Wate
ropstu
wend e
ffect (c
m)
effect met gras effect met struiken
Figuur 5.3: Wateropstuwend effect uitgezet tegen IJsselkm.
Q
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 53
staande struiken in het gebied voorkomen –, is het wateropstuwende effect op de as
van de rivier ongeveer 1,3 cm. Dit effect is kleiner dan berekend met het eenvoudige
analytische model en met het 1D-model. Het opstuwende effect van de ingreep bij een
gelijkblijvende bodemruwheid berekend met deze twee modellen is respectievelijk
maximaal 3,0 en 3,2 cm. Berekend met het 2D-model ligt plaatselijk het maximale
opstuwende effect in de uiterwaard net onder deze waarden, zie figuur 5.4. Gemiddeld
is de opstuwing echter significant lager.
Voordat verregaande conclusies aan de 2D-resultaten worden verbonden moet hier
diepgaander onderzoek naar worden gedaan. De eenvoudige analytische berekeningen
zijn uitgevoerd door de auteur van dit rapport, terwijl de 2D-berekeningen uitgevoerd
zijn door RIZA; de methode kan hierdoor iets verschillen, wat een reden is om
voorzichtig om te gaan met de 2D-resultaten. De uitkomsten van het 2D-model geven
echter wel een indicatie dat de effecten berekend met het eenvoudige analytische model
en het 1D-model mogelijk te groot zijn, ervan uitgaande dat 2D-berekeningen
betrouwbaardere resultaten geven.
Figuur 5.4: Wateropstuwende effect ingreep met ondergroei van glad grasland (a) en verspreid staande
struiken (b).
a b -0.060 - -0.055
-0.055 - -0.050
-0.050 - -0.045
-0.045 - -0.040
-0.040 - -0.035
-0.035 - -0.030
-0.030 - -0.025
-0.025 - -0.020
-0.020 - -0.015
-0.015 - -0.010
-0.010 - -0.005
-0.005 - 0.000
0.000 - 0.005
0.005 - 0.010
0.010 - 0.015
0.015 - 0.020
0.020 - 0.025
0.025 - 0.030
0.030 - 0.035
0.035 - 0.040
[m]
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 54
Hoofdstuk
6 Compenserende maatregelen
In de voorgaande hoofdstukken is beschreven wat de hydraulische en morfologische
effecten zijn van het bouwen van een wijk op palen in uiterwaard Wilpsche Klei. Door
Rijkswaterstaat zijn echter eisen – criteria – gesteld ten aanzien van scheepvaart in het
zomerbed en waterstand bij MHW-afvoer – veiligheid – waar aan voldaan moet
worden3. Als de effecten van de ingreep dusdanig zijn dat niet meer voldaan wordt aan
deze criteria, moeten er compenserende maatregelen genomen worden zodat wel wordt
voldaan aan de criteria. Mogelijke compenserende maatregelen zijn beschreven in de
literatuurstudie behorende bij dit onderzoeksrapport: [Harke J., 2006]. In dit hoofdstuk
zijn een aantal compenserende maatregelen ontworpen zodat voldaan wordt aan de
criteria. Hierbij worden de effecten als berekend met het SOBEK-model als
uitgangspunt genomen. De maatregelen zullen in SOBEK gemodelleerd worden. De
ruimtelijke – fysieke – inpasbaarheid en de globale kosten van de verschillende
maatregelen rond Deventer en de Wilpsche Klei worden als laatste besproken. Zoals in
de inleiding al opgemerkt vormt dit deel van het onderzoek niet het belangrijkste deel
van het onderzoek.
6.1 Criteria
6.1.1 Scheepvaart
Om de scheepvaart te garanderen in de rivieren zijn door Rijkswaterstaat criteria
opgesteld waaraan voldaan moet worden. Deze criteria hebben betrekking op de
breedte en diepte van het zomerbed. De breedte van het zomerbed is vooral van belang
voor de capaciteit en de veiligheid van de vaarweg. De diepte bepaalt de maximale
aflaaddiepte van de schepen en daarmee de transportkosten. Voor de IJssel zijn de
gehanteerde criteria in de huidige situatie en in de toekomstige situatie – 2010 – een
vaarbaanbreedte van 75 meter met een diepte van 2,50 meter bij OLR-afvoer [Douben,
N., 1996]. De OLR-afvoer is de afvoer door een rivier die 5% van de tijd onderschreden
wordt. OLR staat voor Overeengekomen Lage Rivierstand. Voor de IJssel is de afvoer
hierbij 172 m3/s [Smienk, H., 2003]. Voor alle locaties in de IJssel moet bij deze afvoer
voldaan worden aan de criteria. In deze case wordt de situatie na het bouwen van een
woonwijk in de Wilpsche Klei vergeleken met de situatie hiervoor; de huidige situatie.
3 Behalve criteria ten aanzien van scheepvaart en veiligheid zijn door Rijkswaterstaat voor ingrepen in de rivier ook
criteria opgesteld ten aanzien van natuur, landschap / cultuur, landbouw en recreatie. Echter, aangezien in dit
onderzoek naar de hydraulische en morfologische effecten van een ingreep op de rivier wordt gekeken, en de
compensatiemogelijkheden hiervan, wordt niet verder ingegaan op de andere criteria.
6
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 55
In de huidige situatie wordt ter hoogte van de Wilpsche Klei weliswaar niet overal
voldaan aan de criteria [Douben, N., 1996], maar aangezien het oplossen van de
bestaande scheepvaartproblemen niet een doel van het onderzoek is, wordt het
behouden van de huidige situatie als uitgangspunt genomen.
6.1.2 Veiligheid
In de beleidslijn Grote Rivieren die dit jaar van kracht geworden is, staat dat de
veiligheid van binnendijkse bebouwing niet in geding mag komen bij een activiteit die
in buitendijks gebied uitgevoerd wordt. De veiligheidsnorm is dat de rivierdijken langs
de Rijntakken waterstanden kunnen keren met een kans van optreden van 1/1250 per
jaar. Bij MHW-afvoer – de afvoer die hoort bij een kans van optreden van 1/1250 per
jaar – mag de waterstand niet stijgen door een activiteit in het buitendijkse gebied,
aangezien dan de veiligheidsnorm niet gehaald wordt. Dit betekent voor deze case dat
de waterstandverhoging die optreedt bij een MHW-afvoer na het uitvoeren van de
ingreep teniet gedaan moet worden met behulp van compenserende maatregelen – dit
heet het compensatiebeginsel, zie [Douben, N., 1996]. In de huidige situatie wordt
weliswaar niet overal langs de IJssel voldaan aan de veiligheidsnorm, maar ten behoeve
hiervan worden compenserende maatregelen uitgevoerd volgens de Planologische
Kernbeslissing – PKB. Deze compenserende maatregelen staan buiten de maatregelen die
genomen worden om het waterstandverhogende effect van de ingreep te compenseren.
6.2 Compenserende maatregelen
In de literatuurstudie [Harke J., 2006] zijn een aantal compenserende maatregelen
genoemd, te weten: zomerbedverbreding, zomerbedverdieping, dijkverlegging,
uiterwaardafgraving, kribverlaging, zomerkadeverwijdering, aanleg nevengeul en
aanleg bypass. Zomerbedverbreding en –verdieping zijn ingrepen in het zomerbed van
de rivier. Aangezien dit ingrepen zijn die de stroming in de rivier beïnvloeden bij elke
afvoer – ook bij lage afvoeren, wanneer de uiterwaarden niet meestromen –, en
daarmee ook de morfologische ontwikkeling van de rivier beïnvloeden, hebben deze
ingrepen niet de voorkeur bij Rijkswaterstaat. Deze maatregelen worden dan ook niet
gezien als toe te passen compenserende maatregelen. Kribverlaging is een ingreep die
in de IJssel niet goed toe te passen is en weinig effect zal hebben [Harke J., 2006]. Dat is
de reden dat deze maatregel niet als mogelijke compenserende maatregel binnen deze
case opgenomen zal worden. Een bypass is in grote lijnen gelijk aan een nevengeul. Het
verschil is voornamelijk dat een bypass binnen de winterdijken wordt aangelegd en
eigen dijken heeft, terwijl een nevengeul in een uiterwaard wordt aangelegd. Een
bypass is over het algemeen ook langer dan een nevengeul en levert een grotere
waterstanddaling op. Omdat het te compenseren waterstandverhogende effect van het
bouwen op palen in de uiterwaard niet meer dan enige centimeters is, wordt alleen een
nevengeul ontworpen. De maatregelen waarvan de invloed op de waterstand en het
bodemniveau wel verder wordt bekeken zijn: zomerkadeverwijdering, dijkverlegging,
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 56
uiterwaardafgraving en aanleg nevengeul. De manier waarop deze maatregelen in
SOBEK gemodelleerd zullen worden, wordt per maatregel in de volgende paragrafen
beschreven. De invloed van de compenserende maatregel op de waterstand wordt, daar
waar mogelijk, uitgezet tegen de omvang van de maatregelen; de omvang wordt
variabel gesteld. Daarna vindt er een optimalisatie plaats ten behoeve van de case,
zodat het criterium met betrekking tot de veiligheid precies wordt gehaald met een zo
klein mogelijke maatregel. De invloed van de compenserende maatregelen op het
bodemniveau worden alleen bepaald voor de optimale maatregelen uitgaande van de
case. Hierbij wordt uitgegaan van de gemeten tijdreeks van 25 jaar.
6.2.1 Zomerkadeverwijdering
Tussen het gebied waar gebouwd wordt in de uiterwaard en het zomerbed van de
rivier worden de zomerkades weggehaald. In het SOBEK-model wordt de zomerkade
apart van het profiel van de rivier weergegeven. Dit is gedaan omdat het ingevoerde
profiel een oplopende bodemhoogte moet hebben richting de winterdijk: het is niet
mogelijk in het profiel de bodemhoogte kleiner te laten worden na de zomerkade. De
hoogte in het profiel achter de zomerkade wordt op een bijna constant niveau
gehouden totdat de bodemhoogte in de uiterwaard boven dit constante niveau uitkomt;
vanaf dat punt wordt de werkelijke bodemhoogte weer aangehouden. Het
stroomvoerende en bergende oppervlakte achter de zomerkade die zich tussen de
bodemhoogte en de ingevoerde hoogte bevinden, worden als extra oppervlakten
ingevoerd. In figuur 6.1 is het beschrevene weergegeven. Bij zomerkadeverwijdering
verdwijnen de extra ingevoerde oppervlakten achter de zomerkade; deze worden
verwerkt in het profiel.
Wanneer rondom het gebied waar gebouwd wordt in de uiterwaard de zomerkades
weggehaald worden, is de maximale verlaging 0,5 cm – aan de stroomopwaartse rand
van de ingreep. De totale hoeveelheid verwijderde zomerkade is 3000 meter.
Het morfologische effect van de zomerkadeverwijdering, samen met de ingreep, is
weergegeven in figuur 6.2. In de figuur is de invloed op de bodem weergegeven van de
ingreep met kadeverwijdering ten opzichte van de huidige autonome ontwikkeling. De
twee grafieken in de figuur geven de maximale bodemstijging en –daling weer die
voorkomen ter plaatse van de ingreep. Uit vergelijking van figuur 6.2 met figuur 4.9
blijkt dat het effect van het verwijderen van de zomerkade op de bodem is dat deze aan
Profiel in
SOBEK Extra stroomvoerende
oppervlakte
Extra bergende
oppervlakte
Zomerkade
Figuur 6.1: Rivierprofiel als opgenomen in het SOBEK-model met zomerkade en extra oppervlakten.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 57
veel grotere niveauschommelingen onderhevig raakt. De maximale bodemstijging is
ongeveer 1,45 meter terwijl de maximale bodemdaling ongeveer 0,25 meter is.
Zomerkadeverwijdering heeft weinig invloed op de waterstand, terwijl de bodem hier
heftig op reageert.
In figuur 6.3 is de invloed van de ingreep en de kadeverwijdering bovenstrooms en
benedenstrooms van de ingreep weergegeven. Het valt op dat bovenstrooms de bodem
nauwelijks reageert op de kadeverwijdering. De bodem daalt hier maximaal met
ongeveer een centimeter. Benedenstrooms vindt bodemdaling en bodemstijging plaats.
De maximale bodemvariaties treden net benedenstrooms van de ingreep op. Opvallend
is dat bij hoge afvoeren – zie bijlage K – de bodem over het algemeen daalt en bij
perioden van lage afvoer de bodem stijgt. Daarbij treedt een soort van golfeffect op die
zich in stroomafwaartse richting voortplant: een bodemverhoging op 1000 meter
benedenstrooms van de ingreep plant zich stroomafwaarts voort, waarbij de hoogte
afneemt en pieken en dalen uitgevlakt worden. Het blijkt dat de voortplantingssnelheid
Figuur 6.2: Verschil bodemhoogte tussen huidige situatie en situatie na de ingreep en kadeverwijdering.
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1973 1975 1977 1980 1982 1985 1987 1990 1992 1995 1997
Datum
Ve
rsc
hil
bo
de
mh
oo
gte
(m
)
km 938,9 km 939,9
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
1973 1975 1977 1980 1982 1985 1987 1990 1992 1995 1997
Datum
Ve
rsc
hil
bo
de
mn
ive
au
(m
)
2500 m bovenstr. 1000 m bovenstr. 1000 m benedenstr.
3000 m benedenstr. 5000 m benedenstr.
Figuur 6.3: Verschil bodemhoogte tussen huidige situatie en situatie na de ingreep en kadeverwijdering.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 58
van deze zandgolven ongeveer 700 m/jaar is. De maximale bodemstijging die
benedenstrooms optreed is 22 cm en de maximale bodemdaling is 24 cm. Voor de
scheepvaart is de bodemstijging van belang: dit kan hinder veroorzaken. Uit figuur 6.2
is op te maken dat een hoogwater een bodemstijging van 1,45 meter kan veroorzaken
ter plaatse van de ingreep – het blijkt dat de maximale bodemstijging bij MHW-afvoer
enkele centimeters groter is. De maximale gemiddelde bodemstijging over 25 jaar is 36
cm rond IJsselkm 939,9. Dat houdt in een stijging van 1,5 cm per jaar. In tabel 6.1 is de
gemiddelde invloed op de bodem ter plaatse van de andere IJsselkm weergegeven, over
een periode van 25 jaar. De pieken in de bodem ontstaan na hoge afvoeren. Wanneer ter
plaatse van de ingreep periodiek gebaggerd wordt om de bodem op hoogte te houden,
zodat voldaan wordt aan het scheepvaartcriterium, zal waarschijnlijk benedenstrooms
het effect op de bodem verdwijnen – de bodemgolven die in figuur 6.3 zijn te zien
ontstaan ter plaatse van IJsselkm 939,9, zie figuur 6.2.
Tabel 6.1: Gemiddelde bodemverandering ter plaatse van de ingreep, door ingreep en kadeverwijdering.
Km 937,4 Km 937,9 Km 938,4 Km 938,9 Km 939,4 Km 939,9
Gem. invloed per jaar (cm)
0,09 -0,13 -0,18 -0,28 0,02 1,46
6.2.2 Dijkverlegging
De winterdijk kan in het SOBEK-model verlegd worden door de ingevoerde afstand
tussen de zomerkade en de winterkade te vergroten en de extra stroomvoerende en
waterbergende oppervlakte achter de zomerkade aan te passen. Er wordt vanuit gegaan
dat de extra oppervlakte door de dijkverlegging stroomvoerend is en dat de ruwheid
van het extra gebied gelijk is aan de ruwheid in de huidige uiterwaard. Gekeken is naar
de maximale invloed van integrale dijkverlegging over de lengte van de ingreep – 2500
meter – en over een lengte van 3000 meter. Voor verschillende afstanden waarover de
dijk verlegd wordt, is de invloed op de waterstanddaling bepaald. In figuur 6.4 is de
dijkverlegging uitgezet tegen de invloed op de waterstanddaling. In de figuur is te zien
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0 100 200 300 400 500 600
Dijkverlegging (m)
Wa
ters
tan
dv
erl
ag
ing
(c
m)
Lengte dijkverlegging = 2500 m Lengte dijkverlegging = 3000 m
Figuur 6.4: Invloed dijkverlegging op de waterstand.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 59
dat het verschil in invloed overeenkomt met het verschil in lengte waarover de
dijkverlegging plaatsvindt: bij een vergroting van de lengte van 2500 naar 3000 meter
wordt de invloed op de waterstanddaling ongeveer 21% groter.
Bij een dijkverlegging van 340 meter over 3000 meter wordt overal het
waterstandverhogende effect van het bouwen op palen gecompenseerd, uitgaande van
de case. Op sommige locaties is de compensatie groter dan nodig. Het blijkt dat de
gemiddelde dijkverlegging verkleind kan worden door op een aantal punten langs de
IJssel de dijk verder te verleggen dan 340 meter en op een aantal punten minder dan
340 meter. In tabel 6.2 is voor de verschillende IJsselkilometers de benodigde
dijkverlegging weergegeven om in het geval van de case de waterstandverhoging
precies te compenseren. De gemiddelde dijkverlegging is 275 meter.
Tabel 6.2: Optimale dijkverlegging ten behoeve van compensatie case.
Km 937,4 km 937,9 km 938,4 km 938,9 km 939,4 km 939,9
Dijkverlegging (m) 0 200 400 400 400 250
De invloed van de optimale dijkverlegging, samen met de ingreep, op de bodem is
weergegeven in figuur 6.5. Wanneer dit figuur vergeleken wordt met figuur 4.9 blijkt
dat de dijkverlegging nauwelijks invloed uitoefent op de bodem: na uitvoeren van de
maatregel is de verandering van de bodem ten opzichte van de huidige situatie
nagenoeg gelijk aan de situatie waarbij de dijkverlegging nog niet is uitgevoerd. Het
verschil bedraagt maximaal enkele millimeters. De invloed van de ingreep samen met
de maatregel op de bodemhoogte boven- en benedenstrooms van de ingreep is
weergegeven in figuur 6.6. Het blijkt dat een soortgelijk effect optreedt als bij het
verwijderen van de zomerkade: bovenstrooms verandert de bodem nauwelijks terwijl
benedenstrooms een soort golfbeweging in de tijd is waar te nemen wat betreft een
toename van de bodemhoogte en de afname van de bodemhoogte. Bij een aantal jaren
Figuur 6.5: Verschil bodemhoogte tussen huidige situatie en situatie na de ingreep en dijkverlegging.
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
1973 1975 1977 1980 1982 1985 1987 1990 1992 1995 1997
Datum
Vers
ch
il b
od
em
ho
og
te (
m)
km 937,4 km 937,9 km 938,4 km 938,9 km 939,4
km 939,9 gem.
10.0
5.0
0
- 5.0
- 10.0
- 15.0
vers
chil
bod
emh
oogt
e (c
m)
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 60
met veel afvoer neemt de bodemhoogte aan de stroomafwaartse rand van de ingreep
toe, terwijl bij een aantal jaren met relatief weinig afvoer de bodemhoogte hier juist
afneemt. Deze toppen en dalen zijn in figuur 6.6 te zien, evenals het verschuiven
hiervan in stroomafwaartse richting. Bovenstrooms stijgt de bodem, tot maximaal
ongeveer 1,5 cm. Ter plaatse van de ingreep daalt gemiddeld de bodem, hoewel
plaatselijk de bodem stijgt na een hoge afvoer. Benedenstrooms stijgt het bodemniveau
tot maximaal bijna 5 cm. Wanneer in het begin van de reeks een MHW-afvoerpiek
ingevoerd wordt, is de maximale bodemstijging ter plaatse van de ingreep ruim 10 cm
terwijl benedenstrooms de maximale bodemverhoging ruim 3 cm is. Na een periode
van bodemstijging, die beïnvloed wordt door de afvoer, volgt een periode van
bodemdaling. Het blijkt dat de bodemstijging benedenstrooms – evenals de
bodemdaling – een voortzetting is van wat rond IJsselkm 939,4 en 939,9 gebeurd. Als
hier periodiek gebaggerd wordt, zullen waarschijnlijk de benedenstroomse
bodemstijgingen verdwenen zijn – een optredende bodemdaling is niet erg, aangezien
dit de scheepvaart niet nadelig beïnvloedt.
6.2.3 Uiterwaardafgraving
Het afgraven van de uiterwaard kan in het SOBEK-model gemodelleerd worden door
het stroomvoerende oppervlak achter de zomerkade te vergroten en het gemiddelde
bodemniveau te verlagen. Aangenomen wordt dat de ruwheid na afgraving gelijk is
aan de situatie ervoor – de afgravingsdiepte is niet groot, terwijl het uiterwaardniveau
hoog is, zodat aangenomen kan worden dat de uiterwaard niet veel natter zal worden.
In figuur 6.7 is de afgraving uitgezet tegen de maximale invloed ervan op de
waterstand, waarbij uit gegaan is van een afgegraven lengte van 2500 meter en 3000
meter. Bij een vergroting van de lengte van 2500 naar 3000 meter neemt de afgegraven
Figuur 6.6: Verschil bodemhoogte tussen huidige situatie en situatie na de ingreep en dijkverlegging.
-0.04
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
1973 1975 1977 1980 1982 1985 1987 1990 1992 1995 1997
Datum
Vers
ch
il b
od
em
niv
eau
(m
)
2500 m bovenstr. 1000 m bovenstr. 1000 m benedenstr.
3000 m benedenstr. 5000 m benedenstr.
5.0
vers
chil
bod
emh
oogt
e (c
m)
4.0
3.0
2.0
1.0
0
- 1.0
- 2.0
- 3.0
- 4.0
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 61
oppervlakte toe van 2,34 miljoen m2 tot 2,67 miljoen m2. Dit is een toename van 14%
terwijl de invloed op de waterstanddaling nauwelijks 8% groter wordt.
Bij een integrale afgraving van 0,48 meter over 3000 meter lengte treedt genoeg
waterstand daling op – afgegraven oppervlakte is 2,67 miljoen m2, wat inhoudt dat de
ontgraven hoeveelheid grond rond de 1,3 miljoen m3 is. De voor de case optimale
afgravingen per IJsselkilometer wijken af van de integrale afgraving. In tabel 6.3 is de te
ontgraven diepte weergegeven per IJsselkm evenals de oppervlakte en te ontgraven
hoeveelheid m3 grond.
Tabel 6.3: Optimale uiterwaardafgraving ten behoeve van compensatie case.
km 937,4 km 937,9 km 938,4 km 938,9 km 939,4 km 939,9 Totaal
Afgraving (m) 0 0,4 0,5 0,8 0,3 0,3 -
Opp. (1000 m2) 311 541 479 251 760 326 2.668
Ontgr. (1000 m3) 0 216 240 200 228 98 982
Het blijkt dat, evenals dijkverlegging, het afgraven van de uiterwaard weinig invloed
heeft op de bodemontwikkeling. Het verschil in bodemontwikkeling met of zonder
afgraving is ook in dit geval maximaal enkele millimeters. De verschillen zijn zo klein
dat ze te verwaarlozen zijn. Uiterwaardafgraving en dijkverlegging hebben daarmee
eenzelfde invloed op de waterstand en de bodemhoogte. De hoeveelheid die gebaggerd
moet worden om de scheepvaart niet te belemmeren is gelijk aan de hoeveelheid bij
dijkverlegging.
6.2.4 Nevengeul
Een nevengeul moet in het SOBEK-model als een extra tak in de rivier worden
aangebracht. De breedte van de extra tak moet van de breedte van de uiterwaard
afgetrokken worden, aangezien er van uit wordt gegaan dat de geul door de
uiterwaard stroomt – ook het stroomvoerende en waterbergende oppervlak achter de
zomerkade moet worden aangepast. In het geval van deze case wordt de invloed van
een nevengeul met een bodembreedte van 90 meter en van 45 meter beschouwd – met
Figuur 6.7: Invloed uiterwaardafgraving op de waterstand.
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Integrale afgraving (m)
Wate
rsta
nd
ve
rla
gin
g (
cm
)
Lengte afgraving = 2500 m Lengte afgraving = 3000 m
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 62
een oeverhelling van 1:2. De ruwheid die voor de nevengeul wordt aangenomen, een k-
waarde van 0,2 meter, is afkomstig uit bijlage E. Aangenomen wordt dat de ruwheid in
de rest van het gebied gelijk blijft aan de huidige situatie. De nevengeul takt af van de
IJssel op kilometerpunt 936,9 en takt aan op de IJssel op kilometerpunt 941,4. Doordat
de IJssel een bocht maakt – zie figuur 4.1 –, is de lengte van de nevengeul korter dan het
betreffende IJsseltraject tussen de genoemde kilometerpunten; de lengte is ongeveer
3000 meter. In figuur 6.8 is de maximale invloed van de nevengeul op de waterstand
uitgezet tegen de gemiddelde diepte van de nevengeul ten opzichte van het –
gemiddelde – uiterwaardniveau. Het bodemniveau van de nevengeul is de variabele:
deze wordt aangepast. Het verhang van de nevengeul is gemiddeld 3*10-4. Bij de
berekeningen wordt ervan uit gegaan dat de nevengeul niet sedimentvoerend is. De
drempelhoogte van de nevengeul is 5,34 meter +NAP.
Uit figuur 6.8 is op te maken dat de geul met een bodembreedte van 90 meter meer
invloed heeft op de waterstand dan een geul van 45 meter, maar dat de invloed niet
twee keer zo groot is – de breedte is dat wel. Een diepe smalle geul is daarmee
efficiënter – wat betreft de aan te kopen en de te ontgraven hoeveelheid grond – dan
een brede minder diepe geul. Bij een gemiddelde geuldiepte van 1,80 meter is het
waterstandverhogende effect van het bouwen in de uiterwaard gecompenseerd, bij een
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
1 1.5 2 2.5 3 3.5
Gemiddelde diepte nevengeul (m)
Wate
rsta
ndverl
agin
g (cm
)
Bodembreedte nevengeul 90 m Bodembreedte nevengeul 45 m
Figuur 6.8: Invloed nevengeul op de waterstand.
Figuur 6.9: Verschil bodemhoogte huidige situatie en situatie na de ingreep en uiterwaardafgraving.
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
1973 1975 1977 1980 1982 1985 1987 1990 1992 1995 1997
Datum
Vers
chil b
odem
niv
eau (m
)
km 937,4 km 937,9 km 938,4 km 938,9 km 939,4
km 939,9 gem.
30
25
20
15
10
5
0
- 5
- 10
- 15
- 20
vers
chil
bod
emh
oogt
e (c
m)
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 63
geul met een bodembreedte van 90 meter. Bij een geul met een bodembreedte van 45
meter is bij een gemiddelde diepte van 2,95 meter het waterstandverhogende effect
gecompenseerd. Dit houdt een te ontgraven hoeveelheid grond in van respectievelijk
ongeveer 520.000 m3 en 440.000 m3.
In figuur 6.9 is het effect van de nevengeul met een bodembreedte van 45 meter op de
bodem weergegeven, ter plaatse van de ingreep, over een periode van 25 jaar. Te zien is
dat de bodem over het algemeen stijgt, hoewel periodiek plaatselijk de bodem ook
daalt. De maximale stijging die optreedt, is 0,28 meter. In figuur 6.10 is de
bodemontwikkeling bovenstrooms en benedenstrooms van de ingreep weergegeven.
Opvallend is dat een kilometer benedenstrooms de bodem stijgt, terwijl op drie
kilometer benedenstroom – en verder – de bodem daalt. Dit verschil wordt veroorzaakt
door de aantakking van de nevengeul, die plaatsvindt op anderhalve kilometer
benedenstrooms van de ingreep. Bovenstrooms van de aftakking van de nevengeul
treden nauwelijks veranderingen op in de bodemhoogte: de maximale stijging is
ongeveer twee centimeter, terwijl het grootste deel van de tijd de bodemverandering zo
klein is dat het te verwaarlozen is. De bodemstijging tussen de aftakking en de
aantakking van de geul kan problemen opleveren voor de scheepvaart: er zal periodiek
gebaggerd moeten worden.
De nevengeul onttrekt 305 m3 water bij MHW-afvoer. Dit is 12%, terwijl en soort
vuistregel is dat nevengeulen niet meer dan 3% tot 5% mogen onttrekken in verband
met de morfologische veranderingen die dit met zich meebrengt in het zomerbed [WL |
Delft Hydraulics, 1996b]. In figuur 6.9 is te zien dat tijdelijk grote bodemveranderingen
op kunnen treden na de aanleg van een nevengeul. In dit rapport wordt hier niet verder
op ingegaan.
6.2.5 Analyse
Zomerkadeverwijdering heeft weinig invloed op de waterstand bij MHW-afvoer,
terwijl het bodemniveau in het zomerbed hierdoor sterk wordt beïnvloed. Ter plaatse
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
1973 1975 1977 1980 1982 1985 1987 1990 1992 1995 1997
Datum
Vers
ch
il b
od
em
niv
eau
(m
)
2500 m bovenst. 1000 m bovenst. 1000 m benedenst.
3000 m benedenst. 5000 m benedenst.
Figuur 6.10: Verschil bodemhoogte huidige situatie en situatie na de ingreep en uiterwaardafgraving.
10.0
5.0
0
- 5.0
- 10.0
- 15.0
vers
chil
bod
emh
oogt
e (c
m)
15.0
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 64
van de ingreep – bouwen op palen in de uiterwaard – is het maximale effect op de
bodem een plaatselijke stijging van ongeveer 1,43 meter – tegenover nog geen 0,09
meter bij uiterwaardafgraving en dijkverlegging en 0,28 meter bij de aanleg van een
nevengeul. Het effect bij de aanleg van een nevengeul is maximaal ongeveer 0,28 meter.
Zomerkadeverlaging is door de kleine waterstandverlaging die het oplevert en door de
grote plaatselijke bodemstijging die het veroorzaakt geen reële compenserende
maatregel. Een dijkverlegging waarbij de gewenste waterstand gehaald wordt, heeft
eenzelfde invloed op de bodem als een uiterwaardafgraving waarbij dezelfde
waterstand gehaald wordt. Het is gebleken dat de maatregelen nagenoeg geen invloed
hebben op de bodemontwikkeling, uitgaande van de gemeten afvoerreeks van 25 jaar:
de veranderingen in bodemontwikkeling ten opzichte van de huidige situatie worden
veroorzaakt door de het bouwen in de uiterwaard. Een periode van bodemverhoging
wordt op de meeste plaatsen gevolgd door een periode van bodemdaling. Een
bodemstijging van 9,0 cm, die een bepaalde periode duurt, hoeft niet veel invloed te
hebben op het aantal bevaarbare dagen, temeer daar in de IJssel plaatselijk
grootschalige zandgolven voorkomen die een orde van grootte van een meter hebben.
Daarbij komt dat de grootste bodemverhogingen optreden rond IJsselkm 939,4 en 939,9:
uit figuur 4.8 blijkt dat de bodem hier significant lager ligt dan bij omliggende
rivierkilometers – tientallen centimeters –, waardoor een verhoging van 9,0 cm de
scheepvaart niet beïnvloedt. Om te voorkomen dat de verhoging van de bodem
verschuift naar locaties waar de scheepvaart er wel hinder van ondervindt, is het
periodiek baggeren van bepaalde locaties nodig.
De nevengeul heeft significant meer invloed op de bodemhoogte dan dijkverlegging
en uiterwaardafgraving. Gemiddeld over de 25 jaar treedt bij dijkverlegging en
uiterwaardafgraving bodemdaling op ter plaatse van de ingreep, terwijl bij de
nevengeul gemiddeld de bodem stijgt. Bij de nevengeul treden de grootste
bodemstijgingen op rond IJsselkm 937,4: dit is een hoog punt in de bodem van de IJssel.
Om aan het scheepvaartcriterium te voldoen is preventief baggeren noodzakelijk – bij
elke hoge afvoergolf kan de bodem tientallen centimeter stijgen, wat problemen op kan
leveren voor de scheepvaart.
6.3 Inpasbaarheid
In deze paragraaf wordt gekeken in hoeverre de verschillende maatregelen ruimtelijk
in te passen zijn in de case. Randvoorwaarde hierbij is dat aanwezige dorpen en wegen
niet aangetast mogen worden. De maatregelen waar het hierbij om gaat zijn
dijkverlegging, uiterwaardafgraving en de aanleg van een nevengeul. Vanwege de
kleine positieve invloed – waterstandverlaging – en de grote negatieve invloed –
bodemstijging – wordt niet verder ingegaan op zomerkadeverwijdering. Niet wordt
ingegaan op de ecologische, maatschappelijke, sociale of andere aspecten die een rol
spelen bij het al dan niet uitvoeren van maatregelen.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 65
6.3.1 Dijkverlegging
De uiterwaarden zijn ter plaatse van de ingreep relatief breed – tot meer dan drie
kilometer. De winterdijk ligt aan de westkant van de IJssel gedeeltelijk tegen het dorp
Wilp aan. Ten zuiden van Wilp is ruimte voor dijkverlegging. Aan de oostzijde van de
IJssel ligt ter hoogte van Wilp op ruim 200 meter van de huidige winterdijk een
belangrijke doorgaande weg. Tot aan deze weg is ruimte voor dijkverlegging. Hier is
echter een dijkverlegging van 400 meter nodig. Verder benedenstrooms is geen ruimte
voor dijkverlegging. Verder bovenstrooms een dijkverlegging uitvoeren veroorzaakt
geen waterstanddaling op de plaats waar het nodig is. De maatregel dijkverlegging is
daarmee niet mogelijk.
6.3.2 Uiterwaardafgraving
In de uiterwaard Wilpsche Klei vindt vooral landbouw – akkerbouw en veeteelt –
plaats. De woningen die zich in de uiterwaard bevinden, dragen niet bij aan het
stroomvoerende oppervlak van de rivier, wat betekent dat hier eenvoudig omheen
gegraven kan worden – alleen het stroomvoerende gedeelte in de uiterwaard wordt
vergroot door de uiterwaardafgraving. Na het afgraven is het gebied weer geschikt
voor landbouw. Een uiterwaardafgraving behoort hiermee tot de mogelijkheden. In
bijlage Lis te zien welk gebied van de uiterwaard afgegraven moet worden. De diepte
van de afgraving varieert – zie hoofdstuk 6.2. Het af te graven gebied wordt nauwelijks
door wegen doorsneden. De wegen die voorkomen in het af te graven gedeelte van de
uiterwaard liggen voornamelijk evenwijdig met de stroomrichting van het water, zodat
de belemmering hiervan minimaal is.
6.3.3 Nevengeul
De nevengeul door de uiterwaard kan dusdanig gepland worden dat bebouwing
gemeden wordt. Wel kruist de geul twee keer een weg. De wegen moeten ter plaatse
van de geul voorzien worden van een brug, wat een kleine ingreep is gezien de breedte
van de geul en de breedte van de weg. In bijlage Lis aangegeven waar de nevengeul
aangelegd kan worden.
6.4 Kostenindicatie
De maatregelen uiterwaardafgraving en de aanleg van een nevengeul zijn toe te
passen in het geval van de case. Hiervoor worden in deze paragraaf de globale kosten
in beeld gebracht. Deze kosten omvatten directe kosten die voorkomen uit de
uitvoering van de compenserende maatregelen alsook bijkomende kosten in de vorm
van baggeren.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 66
De grootste kostenpost bij de verschillende compenserende maatregelen is het
verwerken van de vrijkomende grond. Deze kosten zijn in grote mate afhankelijk van
de verontreinigingsklasse van de bodem: een hoge klasse betekent hoge
verwerkingskosten. Omdat niet precies duidelijk is wat de verontreinigingsklasse is van
de bodem in de Wilpsche Klei, worden voor verschillende klassen de kosten bepaald.
Hierbij wordt ervan uit gegaan dat de grond binnen een straal van 50 km verwerkt kan
worden. Als opslagpercentage is voor algemene kosten – 8% –,winst en risico – 4% –,
uitvoeringskosten – 6% – en eenmalige kosten – 2% – een opslagpercentage van 20%
gebruikt. Op beheer en onderhoudskosten wordt niet ingegaan. Bij het bepalen van de
kosten is gebruik gemaakt van een kostendeskundige binnen adviesbureau Tauw en
van literatuur: [Reed Business Information Bouw & Infra, 2005].
6.4.1 Uiterwaardafgraving
De directe kosten van uiterwaardafgraving omvatten het afgraven, afvoeren en
verwerken van de grond. Kosten voor inkomstenderving worden niet meegenomen;
indien in het najaar en winter ontgraven wordt, kan in het voorjaar de functie
landbouw weer uitgeoefend worden. De bijkomende kosten bestaan uit jaarlijkse
baggerkosten.
De oppervlakte van de uiterwaard waar afgraving plaatsvindt, is 2,7 miljoen m2. De te
ontgraven hoeveelheid grond is ongeveer 980.000 m3, waarbij de te ontgraven diepte
ligt tussen de 0,3 en 0,8 meter.
In figuur 6.8 is te zien dat gemiddeld jaarlijks een piek in de bodem is te zien van 3 tot
4 cm, met af en toe uitschieters naar boven. Deze pieken komen op den duur onder het
huidige niveau te liggen – behalve de uitschieters. Om te voorkomen dat de pieken
boven het huidige niveau komen te liggen, is de verwachting dat jaarlijks gemiddeld
ongeveer 3 cm tot 4 cm gebaggerd moet worden – of één keer per tien jaar 30 tot 40 cm.
Als de bodem rond IJsselkm 939,4 op of onder het huidige niveau gehouden wordt, zal
benedenstrooms de bodemverhoging naar verwachting ook verdwijnen – zie hoofdstuk
6.2 voor uitleg. Uitgaande van een breedte van het winterbed van 100 meter, een
vaklengte van 500 meter en een te baggeren diepte van gemiddeld 4 cm per jaar is de
jaarlijkse te baggeren hoeveelheid 2000 m3. Dit is een hoge schatting, mede doordat de
hele breedte van het winterbed als te baggeren breedte wordt aangemerkt.
In tabel 6.4 zijn de kosten weergegeven voor de uiterwaardafgraving. In tabel 6.5 zijn
de jaarlijkse baggerkosten weergegeven.
Tabel 6.4: Eenmalige kosten uiterwaardafgraving. Omschrijving € / eenh. Hoeveelheid (m3) € klasse I en II € klasse III en IV
Ontgr. en afvoeren 10,- 980.000 9.800.000,- 9.800.000,-
Verwerken kl. I, II 15,- 980.000 14.700.000,-
Verwerken kl. III, IV 50,- 980.000 49.000.000,-
Kosten excl. 24.500.000,- 58.800.000,-
Totale kosten incl. 29.400.000,- 70.560.000,-
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 67
Tabel 6.5: Jaarlijkse kosten baggerwerkzaamheden. Omschrijving € / eenh. Hoeveelheid (m3) € klasse I en II € klasse III en IV
Baggeren en afvoeren 10,- 2.000 20.000,- 20.000,-
Verwerken kl. I, II 15,- 2.000 30.000,-
Verwerken kl. III, IV 50,- 2.000 100.000,-
Kosten excl. 50.000,- 120.000,-
Totale jaarlijkse kosten 60.000,- 144.000,-
6.4.2 Nevengeul
Als aanlegkosten voor de nevengeul wordt de aankoop van de benodigde grond, het
ontgraven, vervoeren en verwerken van de grond en de aanleg van de twee bruggen
genomen. De jaarlijks terugkomende baggerkosten zijn de bijkomende kosten.
De aan te kopen breedte grond is gemiddeld 65 meter: ongeveer 55 meter ten behoeve
van de breedte van de nevengeul aan maaiveldniveau en 5 meter aan weerszijde ten
behoeve van bijvoorbeeld onderhoud. De aan te kopen lengte is ongeveer 3000 meter.
Het totale oppervlak grond – landbouwgrond – dat aangekocht moet worden is 195.000
m2. De te ontgraven hoeveelheid grond is 450.000 m3 met een gemiddelde geulbreedte
van 50 meter, een lengte van 3000 meter en een gemiddelde diepte van ongeveer 3,0
meter.
Door de aanleg van de nevengeul ontstaan er op twee punten een verhoging in de
bodem die zich in stroomafwaartse richting verplaatst – zie figuur 6.9. Dit is rond
IJsselkm 937,4 en 939,4. De pieken in de bodem die hier ook gemiddeld één keer per
jaar voorkomen hebben rond IJsselkm 937,4 gemiddeld een hoogte van 7 á 8 cm en rond
IJsselkm 939,4 gemiddeld een hoogte van 3 á 4 cm. De gemiddelde totale jaarlijks te
baggeren hoeveelheid slib is hiermee maximaal rond de 6000 m3.
In tabel 6.6 zijn de kosten weergegeven voor de aanleg van de nevengeul. In tabel 6.7
zijn de jaarlijkse baggerkosten weergegeven.
Tabel 6.6: Eenmalige kosten aanleg nevengeul.
Omschrijving € / eenh. Hoeveelheid € klasse I en II € klasse III en IV
Aankopen grond 6,- 195.000 m2 1.170.000 1.170.000
Ontgr. en afvoeren grond 10,- 450.000 m3 4.500.000,- 4.500.000,-
Verwerken kl. I, II 15,- 450.000 m3 6.750.000,-
Verwerken kl. III, IV 50,- 450.000 m3 22.500.000,-
Lichte brug over 55 m 1.100.000 2 stuk 2.200.000,- 2.200.000,-
Kosten excl. 14.620.000,- 30.370.000,-
Totale kosten incl. 17.544.000,- 36.444.000,-
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 68
Tabel 6.7: Jaarlijkse kosten baggerwerkzaamheden. Omschrijving € / eenh. Hoeveelheid (m3) € klasse I en II € klasse III en IV
Baggeren en afvoeren 10,- 6.000 60.000,- 60.000,-
Verwerken kl. I, II 15,- 6.000 90.000,-
Verwerken kl. III, IV 50,- 6.000 300.000,-
Kosten excl. 150.000,- 360.000,-
Totale jaarlijkse kosten 180.000,- 432.000,-
6.4.3 Kosten per woning
De kosten als hiervoor berekend zijn nodig om het waterstandverhogende effect van
het bouwen op palen in de uiterwaard Wilpsche Klei volgens de case te compenseren.
Het gaat in de case om 3000 woningen. Door de kosten te delen door het aantal
woningen kunnen de kosten per woning bepaald worden. Dit zijn de kosten die bij de
huizenprijs opgeteld moeten worden In tabel 6.8 zijn deze kosten berekend.
Tabel 6.8: Kosten compenserende maatregelen per woning.
Uiterwaard afgraving Aanleg nevengeul
Aanleg / woning (€) 9.800,- tot 23.500,- 5.800, - tot 12.100,-
Baggeren / woning / jaar (€) 20,- tot 48,- 60,- tot 144,-
6.5 Discussie
De compenserende maatregelen en wat daarmee samenhangt, zijn in dit hoofdstuk
summier beschreven. De criteria die als basis gebruikt zijn voor de compensatie hebben
betrekking op de scheepvaart en de veiligheid. Voordat de maatregelen echter
uitgevoerd kunnen worden, moeten uitvoerige studies worden gedaan naar de invloed
van de maatregelen op andere aspecten als bijvoorbeeld de ecologie. In Europees
verband is bijvoorbeeld de Natura 2000 van kracht, waarin beschermingszones die
binnen de Vogelrichtlijn en de Habitatrichtlijn aanwezig zijn, zijn opgenomen. Veel
uiterwaarden in Nederland vallen hieronder. Om de invloed die de bebouwing in de
uiterwaard hierop heeft te compenseren, is wellicht meer nodig dan beschreven in dit
hoofdstuk; de kosten kunnen bijvoorbeeld sterk hierdoor beïnvloed worden, evenals de
locatie waar gebouwd mag worden.
Verder wordt in dit hoofdstuk ervan uitgegaan dat de aanwezige landbouw in de
omgeving van de ingreep geen overlast zal ondervinden van uiterwaardafgraving en
de aanleg van een nevengeul, terwijl dit zeker het geval kan zijn. Het maatschappelijk
draagvlak voor een bepaald maatregel kan daarmee laag zijn. Echter, ook al zal er geen
directe overlast ontstaan, de situatie kan na de uitvoering van de maatregelen wel
dusdanig veranderd zijn dat bijvoorbeeld de landopbrengst verminderd – wanneer
vruchtbare grond wordt afgegraven. Ook kan een aansluitend stuk land doorsneden
worden door de nevengeul met als gevolg dat de bereikbaarheid vermindert.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 69
Wat betreft de inpasbaarheid, een onderdeel van de haalbaarheid van een maatregel,
is alleen gekeken of door de maatregelen aanwezige bebouwing en grote wegen
worden aangetast. Dit terwijl de haalbaarheid van een maatregel sterk af kan hangen
van natuurlijke waarden in een gebied of van de cultuur historische waarde die
toegekend wordt aan een gebied. De haalbaarheid van een nevengeul die significant
meer water uit de hoofdstroom onttrekt dan wordt aanbevolen in verband met
morfologische ontwikkelingen van het zomerbed is ook discutabel.
De berekende kosten voor de verschillende maatregelen geven een globaal beeld van
de werkelijke kosten voor het uitvoeren van de maatregelen. Zoals opgemerkt zijn de
kosten sterk afhankelijk van de verontreinigingklasse van de grond. Per
verontreinigingklasse is de afzetmarkt een belangrijke factor; in een jaar tijd kunnen de
verwerkingskosten sterk variëren. Als de grond niet of nauwelijks verontreinigd is en
de markt goed is, kunnen door grondopbrengsten de kosten voor het uitvoeren van
maatregelen sterk verminderd worden. De kosten die in dit hoofdstuk zijn opgenomen
zijn hoog aangehouden.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 70
Hoofdstuk
7 Conclusies en aanbevelingen
In dit hoofdstuk worden conclusies getrokken uit voorgaande hoofdstukken. Voordat
dit echter wordt gedaan, is een discussie weergegeven over de toepasbaarheid van de
resultaten op het bouwen in uiterwaarden in het algemeen. Als laatste worden
aanbevelingen gedaan met betrekking tot bouwen op palen in uiterwaarden. Hierbij
worden de conclusies in het achterhoofd gehouden.
7.1 Discussie
De berekende effecten op de waterstand en de bodemhoogte hebben voor een groot
deel betrekking op de specifieke case: een wijk van 3000 woningen op 150 ha grond in
IJssel uiterwaard Wilpsche Klei. Omdat de uiterwaarden langs verschillende rivieren
van plaats tot plaats verschillen, kunnen de effecten van eenzelfde ingreep in andere
uiterwaarden groter of kleiner zijn. De vraag is in hoeverre de uitkomsten door te
trekken zijn buiten de case. Met het eenvoudige analytische model en het 1D-model is
de invloed van een aantal parameters op de waterstand bepaald, zoals het aantal palen,
de dichtheid van de palen, de bodemruwheid tussen de palen en weerstandcoëfficiënt.
Hierdoor is de vraag enigszins te beantwoorden: het effect blijft dezelfde orde van
grootte. Echter, wanneer een uiterwaard anders van vorm is, bijvoorbeeld als de
breedte van de uiterwaard kleiner is dan in het geval van de case en de waterdiepte bij
maatgevende afvoer significant groter, kunnen de resultaten wellicht sterk afwijkend
zijn. Wanneer echter de optredende effecten bij een heel andere vorm uiterwaard
gecompenseerd moeten worden, kan het wellicht zo zijn dat de uitkomsten wat betreft
de te ontgraven hoeveelheid grond dezelfde orde van grootte zijn als in het geval van
de case. Bijvoorbeeld wanneer in een andere uiterwaard eenzelfde soort wijk op palen
een significant groter opstuwend effect heeft op de waterstand, kan dit betekenen dat
eenzelfde compenserende maatregel als in het geval van de case ook een veel groter
waterstandverlagend effect heeft. Immers, hieraan liggen dezelfde fysische processen
ten grondslag. Om na te gaan in hoeverre dit opgaat, is meer onderzoek op
verschillende locaties vereist.
7.2 Conclusies
Allereerst worden conclusies getrokken uit de resultaten van de modelberekeningen,
waarna de resultaten van de verschillende modellen worden vergeleken. Als laatste
wordt ingegaan op de toepasbaarheid van de verschillende modellen; in welke situatie
is welk model van toepassing.
7
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 71
7.2.1 Resultaten
De waterstandverhoging als gevolg van de aanleg van een op palen gebouwde
woonwijk ter plaatse van de Wilpsche Klei in de IJssel bij Deventer is berekend met 3
modellen, nl: een eenvoudige analytische model, een 1D SOBEK-model en een 2D
WAQUA-model. De berekende maximale waterstandverhogingen zijn weergegeven in
tabel 7.1. Deze maximale effect treden op aan de bovenstroomse rand van het gebied
waar de ingreep plaatsvindt. Bij het variëren van een aantal parameters, zoals het aantal
palen, de spreidingsdichtheid van de palen, de begroeiing tussen de palen en de
weerstandcoëfficiënt van de palen, kan een geschatte wateropstuwing van tussen de 1,3
cm en de 5,4 cm ontstaan. Benedenstrooms van de ingreep heeft de ingreep geen effect
op de waterstand. Bovenstrooms vermindert het waterstandverhogende effect van de
maximale waarde aan de bovenstroomse rand van de ingreep tot nul op ongeveer 45
km bovenstrooms van de ingreep, rond het punt waar de IJssel aftakt van de Nederrijn.
Tabel 7.1: Maximale waterstandverhogende effect, berekend met verschillende modellen
Eenv. anal. model 1D SOBEK-model 2D WAQUA model
Max. opstuwend effect 3,0 cm 3,2 cm 1,3 cm tot 2,8 cm1 1 Uitkomst afhankelijk van plaats in breedte rivier: laagste waarde treedt op in zomerbed, hoogste waarde in
uiterwaard.
De 2D-berekeningen zijn uitgevoerd door Rijkswaterstaat. De waarden als
weergegeven in tabel 7.1 zijn wat aan de hoge kant, doordat de bodemruwheid
waarmee gerekend is ter plaatse van de ingreep aan de hoge kant is. Verdere
berekeningen zijn niet gedaan in verband met de beschikbare tijd. Met de 2D-resultaten
moet voorzichtig worden omgegaan, omdat door Rijkswaterstaat iets andere
parameterwaarden kunnen zijn gebruikt dan door de auteur van het rapport.
Het maximale initiële effect en het maximale effect in een evenwichtsituatie op de
bodem in het geval van de eenvoudige analytische berekeningen is weergegeven in
tabel 7.2. Deze treden op ter plaatse van de ingreep. Bovenstrooms treden
verwaarloosbaar kleine veranderingen op, terwijl benedenstrooms de bodem niet
verandert. De evenwichtsituatie zal in werkelijkheid niet optreden door een variërende
afvoer, maar geeft wel een idee van wat maximaal mogelijk is.
Tabel 7.2: Maximale effect van ingreep op de bodemhoogte van het zomerbed (in cm) bij verschillende afvoeren.
Effect op de bodem in cm Q = 1000 m3/s Q = 1750 m3/s Q = 2459 m3/s (MHW)
Initieel per dag -0,00 -0,28 -0,51
Evenwichtsituatie 0,0 23 62
De morfologische effecten in het zomerbed, berekend met het 1D-model, variëren
sterk in de lengterichting van de rivier, maar gemiddeld over een gemeten afvoerreeks
van 25 jaar treedt ter hoogte van de ingreep een bodemdaling van 2,7 cm op. Plaatselijk
treden bodemdalingen op terwijl ook bodemstijgingen voorkomen. Bij een hoge afvoer
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 72
ontstaat een piek in de bodem op plaatsen waar de bodem relatief hoog is – op de top
van lange zandgolven –, terwijl een dal in de bodem ontstaat waar de bodem relatief
laag is – in het dal van lange zandgolven. Bij het minder worden van de afvoer hersteld
de bodem zich weer. Gedurende perioden van MHW-afvoer, die aan de 25-jarige
afvoerreeks zijn toegevoegd, is de maximale plaatselijke bodemstijging ongeveer 21
centimeter en de maximale plaatselijke bodemdaling ongeveer 20 centimeter,
gedurende een MHW-periode van 10 dagen. Per dag komt deze daling overeen met de
daling berekend met het eenvoudige analytische model.
Bovenstrooms treden nauwelijks merkbare bodemveranderingen op. Tot ongeveer vijf
kilometer benedenstrooms treden echter wel bodemveranderingen op: hier vindt
plaatselijk bodemdaling of bodemstijging plaats. De grootte van de effecten
verminderen naarmate de afstand tot de ingreep groter wordt. Deze benedenstroomse
effecten treden op door het langzaam stroomsafwaarts voorbewegen van de lange
zandgolven, waar ter hoogte van de ingreep veranderingen in ontstaan door de
ingreep.
Door Rijkswaterstaat zijn criteria opgesteld met betrekking tot de waterstand en de
bodemhoogte waaraan voldaan moet worden. De criteria die van toepassing zijn, zijn
het veiligheidscriterium, wat inhoudt dat de waterstand bij MHW-afvoer niet mag
stijgen door de ingreep, en het scheepvaartcriterium, wat inhoudt dat de bodem niet
hoger mag komen te liggen door de ingreep. De maatregelen die in het geval van de
case toegepast kunnen worden om de hydraulische effecten die ontstaan door de
ingreep te compenseren, zijn uiterwaardafgraving en de aanleg van een nevengeul.
Hierbij moet het zomerbed periodiek gebaggerd worden om de morfologische effecten
te compenseren. In tabel 7.3 zijn van de genoemde compenserende maatregelen enkele
kengetallen weergegeven, evenals de kosten.
Tabel 7.3: Omvang compenserende maatregelen.
Uiterwaard Nevengeul
Aankoop grond (ha.) n.v.t 20
Ontgraven/afvoeren/verw. grond, aanleg (m3) 980.000 440.000
Baggeren/afv./verwerken grond, jaarlijks (m3) 2.000 6.000
Totale kosten, eenmalig (€) 29,4 – 70,6 mljn 17,5 – 36,4 mljn.
Totale kosten, jaarlijks (€) 60,0 – 144 dznd 180 – 432 dznd
Kosten per woning, aanleg (€) 9.800,- tot 23.500,- 5.800,- tot 12.100,-
Kosten per woning, jaarlijks (€) 20,- tot 48,- 60,- tot 144,-
7.2.2 Vergelijking modellen
Het waterstandverhogende effect berekend met het eenvoudige analytische model en
het 1D-model komen overeen. Met een eenvoudig analytisch model kan een goede
inschatting gemaakt worden van de hydraulische uitkomsten van een 1D-model. Het
2D-model geeft lagere uitkomsten. Echter doordat de 2D-berekeningen extern
uitgevoerd zijn in kort tijdsbestek, zodat er niet diep op in is gegaan, wordt vooralsnog
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 73
voorzichtig met de uitkomsten omgegaan en worden ze als een indicatie beschouwd.
De indicatie is dat de hydraulische effecten berekend met het eenvoudige analytische
model en het 1D-model aan de hoge kant zijn.
De morfologische effecten op lange termijn als berekend met de verschillende
methoden zijn moeilijk te vergelijken, aangezien in het eenvoudige analytische model
gerekend wordt met een continue afvoer terwijl in het 1D-model gerekend wordt met
een wisselende afvoer. De wisselende afvoer zorgt ervoor dat de bodem zich hersteld
ten tijde van lage afvoeren na een hoge afvoergolf. Verder varieert in het 1D-model de
bodemhoogte, waardoor de effecten op verschillende locaties tegengesteld kunnen zijn.
Met het eenvoudige analytische model kan een redelijke inschatting gemaakt worden
van de uitkomsten van het 1D-model wat betreft de maximale initiële bodemdaling ter
plaatse van de ingreep, ten tijde van een hoge afvoergolf. Met het eenvoudige
analytische model wordt echter niet duidelijk dat plaatselijk de bodem stijgt ten hoogte
van de ingreep, waardoor de bruikbaarheid van een eenvoudig analytisch model gering
is, wat betreft het inschatten van de maatgevende bodemontwikkeling.
7.2.3 Appropriate modeling
Nu de conclusies zijn getrokken uit de resultaten en de modelvergelijking, kunnen de
kenmerken ofwel de toepasbaarheid van de verschillende soorten modellen worden
bepaald. In tabel 7.4 is dit per model weergegeven, evenals in welke fase van een
project welk type model een rol kan spelen.
Tabel 7.4: Kenmerken en toepasbaarheid verschillende modelsoorten.
Modelsoort Kenmerken Fase project
Eenvoudig
analytisch model
- Redelijke inschatting wateropstuwend effect
- Weinig tijd benodigd
- Weinig specifieke gegevens benodigd
- Geschikt voor inschatting maximale initiële
bodemerosie/sedimentatie
- Minder geschikt voor bepalen
bodemveranderingen op langer termijn
Initiatieffase
1D-model - Goede inschatting wateropstuwend effect
- Goede inschatting effect op bodemhoogte
- Meer tijd benodigd
- Meer specifieke gegevens benodigd
Planfase
2D-model - Gedetailleerde inschatting wateropstuwend
effect
- Goede inschatting kleinschalig effect op
bodemhoogte (het gaat hierbij om het WAQUA-
DELWAQ pakket)
- Veel tijd benodigd
- Gedetailleerde gebiedskenmerken benodigd
- Mogelijkheid ontwerpen van wijk met zo min
mogelijk effect op waterstand en bodemhoogte
Ontwerpfase
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 74
7.3 Aanbevelingen
Ter afronding van dit onderzoek volgen hier enige aanbevelingen.
In het geval van de case is de wijk op palen gepland in een bocht van de IJssel. In het
eenvoudige analytische model is gebruik gemaakt van een hoge kalibratiefactor om tot
de juiste uitgangssituatie te komen. Omdat een hoge factor discutabele resultaten geeft,
is het beter de effecten van een rivierbocht mee te nemen in de berekeningen. Hoe dit
het eenvoudigst is te doen, is niet helemaal duidelijk.
Uit de 1D-modelberekeningen blijkt dat na een periode van hoge afvoer de
opgetreden bodemveranderingen afnemen: de bodem herstelt zich. Eenvoudige
analytische berekeningen kunnen inzicht geven in dit bodemherstel door de initiële
bodemontwikkeling te bepalen bij hoge afvoer. Door deze bodemverandering te
gebruiken als invoer voor een situatie met lage afvoer, is de initiële bodemontwikkeling
te bepalen die voor het herstel van de bodem zorgt. Zo is voor verschillende afvoeren te
bepalen hoe lang het duurt voordat de bodem zich hersteld heeft. Verschillende
afvoeren met verschillende frequenties van voorkomen kunnen zo achter elkaar
geplaatste worden, zodat een inschatting gemaakt kan worden van de gemiddelde
bodemveranderingen. Met een eenvoudig analytisch model kan op deze manier globaal
ingeschat worden wat gemiddeld gebaggerd moet worden.
In het gebruikte 1D-model is het niet mogelijk over de breedte van de uiterwaard
verschillende waarden voor de bodemruwheid op te nemen. Wanneer een model
gemaakt wordt waarin dit wel mogelijk is, of wanneer het bestaande model aangepaste
wordt, kan een meer nauwkeurige inschatting worden gemaakt van de invloed van het
bouwen op palen op de waterstand en de bodemhoogte. Het toepassingsgebied van de
1D-modelberekeningen wordt hierdoor groter – dit 1D-model kan dan ook wellicht
gebruikt worden in de ontwerpfase.
Naar voren is gekomen dat de effecten berekend met het 2D-model waarschijnlijk
lager zijn dan berekend met de andere twee modellen. Om beter in te kunnen schatten
of de met het eenvoudige analytische model en 1D-model berekende effecten juist zijn,
is het nodig aanvullende 2D-berekeningen uit te voeren. Ook wat betreft de
compenserende maatregelen kunnen 2D-berekeningen meer inzicht geven, mede door
de nauwkeurige modelleer mogelijkheden.
Uit de 1D-modelberekeningen komt naar voren dat de ontwikkeling van lange
zandgolven maatgevend is voor de bodemontwikkeling, wanneer het gaat om de
invloed op de scheepvaart. 2D-berekeningen kunnen een beter inzicht geven in de
invloed van afvoer op lange zandgolven.
De berekeningen zijn grotendeels uitgevoerd in het geval van de case. Een meer
algemene indruk van de hydraulische en morfologische effecten van het bouwen in
uiterwaarden wordt verkregen wanneer voor meerdere locaties berekeningen worden
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 75
uitgevoerd. Hierbij moet vooral gedacht worden aan locaties in andere rivieren en aan
uiterwaarden die een andere breedte en maaiveldniveau hebben. Zo wordt duidelijk in
hoeverre de resultaten berekend in het geval van de specifieke case van toepassing zijn
op andere locaties.
De invloed van een aantal parameters op de waterstand en de bodemhoogte is
bepaald. Dit geeft enigszins inzicht in de toepasbaarheid van de uitkomsten buiten de
case. Door meer onderzoek naar verschillende parameters te doen, kan een spreadsheet
gemaakt worden waarmee, door het invoeren van een aantal specifieke gegevens voor
een bepaalde locatie, snel globaal inzicht in het wateropstuwende effect kan worden
verkregen.
De marges waartussen de kosten van de compenserende maatregelen zich bevinden,
liggen ver uit elkaar. Een betere inschatting van de kosten van de compenserende
maatregelen is te maken wanneer er meer kennis over de verontreinigingsklasse van de
ondergrond is. De uiteindelijke kosten worden grotendeels hierdoor bepaald. Inzicht in
de markt van verontreinigde grond is ook van belang voor een meer nauwkeurige
inschatting van de kosten.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 76
Nawoord
Opvallend en misschien ook wat onbevredigend aan mijn afstudeeronderzoek vind ik
dat bij het oplossen van de onderzoeksvragen de hoeveelheid vragen niet minder werd,
maar juist meer. Soms komen vragen naar boven die niet direct binnen de scope van het
onderzoek vallen, maar die wel de resultaten kunnen beïnvloeden, zodat het moeilijk is
niet te veel af te dwalen. Echter, bij een onderzoek moeten aannames en beslissingen
durven worden genomen om niet uit te lopen op de tijdsplanning. Dat dit niet altijd
bevredigend is, blijkt bijvoorbeeld uit de vragen die ontstaan zijn naar aanleiding van
de verschillen in kalibratiefactor tussen het eenvoudige analytische model en het 1D-
model. Het is niet duidelijk waardoor een zo groot verschil in kalibratiefactor ontstaan
kan; er kunnen alleen mogelijk oorzaken aangewezen worden. Zijn de uitkomsten niet
betrouwbaar door de het verschil in kalibratiefactor? Misschien, maar dat hoeft niet.
Ondanks de grote verschillen in waarde komt vooral de waterstandverhoging door het
bouwen op palen heel goed overeen in beide modellen. Het kan toeval zijn dat de
uitkomsten overeenkomen, maar voordat dit gezegd kan worden is meer onderzoek
hiernaar nodig.
Naast de onzekerheden in uitkomsten door bijvoorbeeld de genoemde verschillen wat
betreft de kalibratiefactor, is er het probleem van de schijnnauwkeurigheid. Vooral in
het eenvoudige analytische model is wat betreft de rekenparameters veel gebruik
gemaakt van waarden die gemiddeld zijn over kilometers rivierlengte, zoals de
bodemhelling, die van plaats tot plaats varieert. Met gemiddelde invoerwaarden worden
meters waterdiepte in het zomerbed tot op de millimeter nauwkeurig berekend, wat
grote nauwkeurigheid suggereert. Wellicht moet er hierdoor niet te veel waarde
worden gehecht aan de precieze uitkomsten, maar meer aan de orde van grootte.
Een les die ik geleerd heb tijdens het afstudeeronderzoek, is dat een onderzoek nooit
helemaal af is. Een onderzoeksrapport is hooguit een bevredigende uitkomst van wat
mogelijk is aan onderzoek binnen een beschikbaar gestelde tijd. Ik ben van mening dat
dit rapport een bevredigende uitkomst is van mijn onderzoek.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 77
Woordenlijst
Aangestroomd oppervlak Deel van een voorwerp dat rechtstreeks door een
stroming geraakt wordt.
Bresse, formule van Formule voor het berekenen van het
waterspiegelverloop.
Chézy, formule van Formule voor het uitvoeren van hydraulische
berekenen – zie hydraulisch.
Ecotoop Ruimtelijk begrenst gebied met specifieke
omstandigheden en samenstelling.
Hydraulisch Met betrekking tot vloeistoffen; in dit geval: met
betrekking tot de waterstand.
Hydraulische straal Verhouding tussen natte oppervlakte en natte
omtrek van een watergang.
Ingreep Beïnvloeding van een watersysteem door
menselijk handelen.
Kribsectie Schematisatie van kribben in rivierprofiel binnen
SOBEK – zie rivierprofiel en SOBEK.
Maatregel Een actie om de inrichting van een
waterhuishoudkundig systeem op onderdelen te
verbeteren.
Meyer-Peter-Müller, formule van Formule waarmee de hoeveelheid sediment dat
over de bodem van een rivier getransporteerd
wordt te berekenen is. Veranderingen in
getransporteerde hoeveelheid veroorzaken
morfologische veranderingen – zie morfologisch.
MHW-afvoer Maatgevend Hoogwater Afvoer: afvoer die
statistisch gezien 1/1250 keer per jaar voorkomt.
Morfologisch Met betrekking tot vorm en (op)bouw; in dit geval:
met betrekking tot de bodemhoogte.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 78
Nikuradse-ruwheid Ruwheiduitdrukking waarbij de ruwheid van een
bodemoppervlak uitgedrukt wordt in de diameter
van sedimentkorrels die een zelfde ruwheid
veroorzaken.
OLR-afvoer Overeengekomen Lage Rivierafvoer: afvoer die 5%
van de tijd wordt onderschreden.
Q50%-afvoer Afvoer die de helft van de tijd wordt
onderschreden
Reynoldsgetal Dimensieloos getal dat uitdrukking geeft aan het
type stroming: laminair of turbulent.
Rivierprofiel Schematische dwarsdoorsnede van de rivier tussen
twee winterdijken binnen een riviervak – zie
riviervak.
Riviertak Deel van een rivier, van splitsingspunt tot
splitsingspunt.
Riviervak Deel van riviertak met vastgestelde lengte
waarvoor een rivierprofiel is opgesteld en
waarbinnen bepaalde parameters toegekend
kunnen worden – zie riviertak en rivierprofiel.
SOBEK 1-dimensionaal rekenprogramma waarmee onder
ander grootschalige hydraulische en morfologische
berekeningen in waterlichamen kunnen worden
uitgevoerd – zie hydraulische en morfologisch.
Verhang Relatieve hoogteverschil van een watergang,
uitgedrukt in meter daling per meter lengte.
WAQUA 2-dimensionaal rekenprogramma waarmee
hydraulische berekeningen kunnen worden
uitgevoerd – zie hydraulisch.
Weerstandscoëfficiënt Getal dat uitdrukking geeft aan de weerstand die
een bepaald voorwerp ondervindt in een gas of in
een vloeistof.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 79
Literatuur
Buijsrogge, R.H., 2001. Dictaat Kennismaking met IVR-DSS. Universiteit Twente.
Buijsrogge, R.H., Nieuwkamer, R.L.J., 1995. Integrale verkenning inrichting Rijntakken,
Beslissing Ondersteunend Systeem, IVR-rapport nr. 7. Ministerie van Verkeer en
Waterstaat.
Douben, N., Klopstra, D., Kok, M., Nieuwkamer, R.L.J., Pedroli, G.B.M., Rademakers,
J.G.M., Silva, W., Vermeer, K., 1996. Integrale verkenning inrichting Rijntakken,
Inrichtingsvarianten, IVR-rapport nr. 11. Ministerie van Verkeer en Waterstaat, RIZA.
Fox, R.W., Mc Donald, A.T., 1994. Introduction to Fluid Mechanics, 4th edition. John
Wiley & Sons, Inc., New York e.a.
Harke J., 2006. Bouwen in uiterwaarden: de huidige stand van zaken, literatuurstudie ten
behoeve van afstudeeronderzoek. Universiteit Twente.
Huthoff, F., Augustijn, D.C.M., Hulscher, S.J.M.H., 2006. Depth-averaged flow in presence
of submerged cylindrical elements, concept version. Universiteit Twente.
Jesse, P., Kroekenstoel, D.F., 2001. 1-D Morfologisch model Rijntakken, verslag calibratie en
validatie, RIZA rapport 2001.040. Ministerie van Verkeer en Waterstaat, Directoraat-
Generaal Rijkswaterstaat, Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en
Afvalwaterbehandeling, RIZA.
Mondelinge mededeling Haba A., adviesbureau Tauw, Deventer.
Mosselman, E., Barneveld, H., Vriend de, H., 2006. Morfologie en herinrichting. WL |
Delft Hydraulics.
Reed Business Information Bouw & Infra, 2005. Oever en baggerwerk. Reed Business
Information bv, Doetinchem.
Ribberink, J.S., Hulscher, S.J.H.M., 2003. Dictaat Ondiepwaterstromingen. Universiteit
Twente.
Ribberink, J.S., 2004. Dictaat Transportverschijnselen en morfologie. Universiteit Twente.
Rijkswaterstaat, 2004. SIMONA, Gebruikershandleiding WAQUA, Algemene Informatie,
versie 1.11. Ministerie van Verkeer en Waterstaat, Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 80
Smienk, H., 2003. Verbeteren van de Beneden- en Midden-IJssel als scheepvaartweg,
hoofdrapport. Universiteit Delft.
Veen, R. van der, Pakes, U., Schutte, L., 2002. Bouw en calibratie SOBEK-Rijn, versie
2000.1 t/m 2000.3, RIZA rapport 2002.039. Ministerie van Verkeer en Waterstaat,
Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat, Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en
Afvalwaterbehandeling, RIZA.
Velzen, E.H. van, Jesse, P., Cornelissen, P., Coops, H., 2003. Stromingsweerstand
vegetatie in uiterwaarden, deel 1 Handboek, versie 1-2003, RIZA rapport 2003.028. Ministerie
van Verkeer en Waterstaat, Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat, Rijksinstituut voor
Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling, RIZA.
Velzen, E.H. van, Jesse, P., Cornelissen, P., Coops, H., 2003. Stromingsweerstand
vegetatie in uiterwaarden, deel 2 Achtergronddocument, versie 1-2003, RIZA rapport 2003.029.
Ministerie van Verkeer en Waterstaat, Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat,
Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling, RIZA.
WL | Delft Hydraulics, 1996a. Flow, technical reference.
WL | Delft Hydraulics, 1996b. Morphology and sediment, technical reference.
WL | Delft Hydraulics, 1996c. SOBEK river/estuary, user manual.
WL | Delft Hydraulics, 2001. HIS-cursus Overstromingsscenario’s.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 81
Bijlage A: Onderbouwing aantal palen
De palen onder de bebouwing in de uiterwaarden moet twee soorten krachten
kunnen afdragen. Het gewicht van de gebouwen moeten afgedragen kunnen worden –
normaalkracht –, terwijl ook stootkrachten – dwarskrachten – opgenomen moeten
kunnen worden. Deze laatste krachten kunnen ontstaan door drijvend afval of
losgeslagen schepen.
Normaalkracht
De normaalkracht die op de palen werkt door het gewicht van de bebouwing is
relatief klein. Een relatief kleine oppervlakte beton en zeker staal is genoeg om een
woning te dragen. De afdracht van de krachten naar de ondergrond kan wel problemen
op leveren. Aan het Lauwersmeer zijn woningen gebouwd langs het water die staan op
negen houten palen met een diameter van 0,25 x 0,25 meter
[www.tjerkdijkstra.nl/bestanden/Aanbod/aaLauwersmeer]. Het totale dragende
oppervlak onder de woningen is hiermee ruim 0,5 m2. Zes ronde palen met een
diameter van 0,5 meter leveren ruim twee keer zoveel dragend oppervlak terwijl stalen
palen gevuld met beton meer draagvermogen hebben dan houten palen. Voor het
afdragen van de normaalkrachten voldoen de palen goed.
Dwarskracht
De dwarskrachten die op de palen kunnen ontstaan door aanvaringen van
losgeslagen schepen of afval zijn relatief groot. In de waterbouw worden dukdalven
gebruikt om bruggen en andere kunstwerken te beschermen tegen aanvaringen van
schepen. Deze moeten ook grote stootkrachten kunnen opvangen. In de Eemshaven in
Rotterdam worden binnenkort ronde dukdalven met een diameter van 1,22 meter
aangebracht ten behoeve van het aanmeren van zeeschepen [www.rotterdam.nl]. Het
oppervlak hiervan is gelijk aan het oppervlak van zes ronde palen met een diameter
van 0,5 meter. Ervan uitgaande dat de zes palen per gebouw in de uiterwaard
samenwerken wat betreft krachtafdracht, wordt ervan uit gegaan dat dit ruim
voldoende is om een aanvaring van een losgeslagen binnenvaartschip op te vangen.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 82
Bijlage B: Rivierprofielen SOBEK
De opbouw van de zes stroomvoerende profielen, als weergegeven in het
Rijntakkenmodel, zijn in tabel B.1 t/m tabel B.6 weergegeven. Hierin is voor
verschillende bodemhoogtes – ten opzichte van NAP – de stroomvoerende breedte van
de rivier weergegeven. Bij deze tabellen moet opgemerkt worden dat de tiende
bodemhoogte – tiende rij - in elke tabel de hoogte van de zomerkade is. In
werkelijkheid zal na de zomerkade de bodemhoogte weer kleiner worden, wat niet het
geval is in de dwarsdoorsnede van het Rijntakkenmodel als weergegeven in de tabellen
B.1 tot en met B.6. Hierin is dit opgevangen door een extra stroomvoerende oppervlakte
achter de zomerkade op te geven. Om rekentechnische redenen is binnen het
Rijntakkenmodel voor de weergegeven opbouw gekozen. De bak die het zomerbed
weergeeft, wordt bepaald aan de hand van de eerste acht rijen uit de tabellen, de
uiterwaarden buiten de zomerkade aan de hand van de achtste, negende en tiende rij
en de uiterwaard binnen de zomerkade aan de hand van de tiende tot en met de
vijftiende rij – de kribsectie wordt niet apart meegenomen door de geringe omvang. Per
rij wordt het stroomvoerende oppervlak berekend, tot aan het niveau in de genoemde
rijen. Hierna worden deze waarden per bak opgeteld en gedeeld door de breedte van
het betreffende deel van de rivier – voor het zomerbed de breedte in rij zeven, voor de
uiterwaard buiten de zomerkade de breedte van rij tien en voor de breedte binnen de
zomerkade rij vijftien. Op die manier ontstaan de bodemniveaus van de verschillende
bakken. Deze zijn ook weergegeven in de tabellen B.1 tot en met B.6.
km 937,4 bodem breedte
niveau breedte opp. niveau bak
-2.34 0
-1.18 63 36.54
0.25 92 110.825
1.67 101 137.03
3.09 102 144.13
4.63 103 157.85
4.73 104 10.35
4.83 137 12.05 -1.12 104
6.22 762 434.375
7.6 813 968.07 5.62 709
7.91 1435 96.41
8.13 1446 140.47
8.34 1447 133.245
8.56 1448 139.81
8.77 1449 133.665
Extra stroomop. 1330 5.67 636
km 937,9 bodem breedte
niveau breedte opp. niveau bak
-2.51 4
-1.12 64 44.48
0.27 88 105.64
1.65 98 128.34
3.04 99 136.915
4.52 100 147.26
4.62 101 10.05
4.72 130 11.55 -1.16 101
6.13 466 236.88
7.54 485 513.945 5.58 384
8.08 1567 292.14
8.85 1579 847
9.63 1580 854.49
10.4 1581 844.305
11.17 1582 845.075
Extra stroomop. 1764 6.20 1097
Tabel B.1: Gegevens doorsnede IJssel op km 937,4 Tabel B.2: Gegevens doorsnede IJssel op km 937,9
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 83
De berekende bodemhoogtes en bakbreedtes als weergegeven in de tabellen B.1 tot en
met B.6 zijn verzameld en gemiddeld in tabel B.7. Deze gemiddelde waarden zijn de
afmetingen van de bakken in de uiteindelijke schematisatie. In tabel B.7 is uiterwaard 1
km 938,4 bodem breedte
niveau breedte opp. niveau bak
-2.24 0
-1.08 61 35.38
0.28 84 98.6
1.63 94 120.15
2.99 100 131.92
4.39 101 140.7
4.49 102 10.15
4.59 132 11.7 -0.89 102
6.05 454 235.06
7.51 485 538.01 5.49 383
7.99 1443 229.92
8.46 1447 453.08
8.94 1448 462.48
9.41 1449 453.315
9.89 1450 463.44
Extra stroomop. 1425 6.28 965
938,9 bodem breedte
niveau breedte opp. niveau bak
-2.19 0
-1 71 42.245
0.32 86 103.62
1.63 99 121.175
2.94 101 131
4.1 102 117.74
4.2 103 10.25
4.3 130 11.65 -1.02 103
5.88 489 283.61
7.46 556 726.01 5.23 453
7.71 1057 62.625
8.14 1063 219.3
8.57 1064 218.655
9 1065 219.085
9.43 1066 219.515
Extra stroomop. 781 6.06 510
km 939,4 bodem breedte
niveau breedte opp. niveau bak
-2.5 3
-1.15 65 43.875
0.2 75 94.5
1.54 96 114.57
2.89 101 132.975
4.51 102 164.43
4.61 103 10.25
4.71 117 11 -0.94 103
6.08 678 384.285
7.44 839 1091.4 5.43 736
8.2 2359 577.6
8.29 2365 137.61
8.39 2366 152.75
8.48 2367 137.565
8.58 2368 152.95
Extra stroomop. 2963 5.88 1529
km 939,9 bodem breedte
niveau breedte opp. niveau bak
-2.62 0
-1.27 57 38.475
0.1 70 86.995
1.47 89 108.915
2.84 99 128.78
4.34 100 149.25
4.44 101 10.05
4.54 110 10.55 -0.84 101
5.97 521 293.865
7.39 621 796.62 5.29 520
7.72 1274 107.745
8 1290 189.56
8.29 1291 194.445
8.58 1292 194.735
8.87 1293 195.025
Extra stroomop. 2042 4.52 672
Tabel B.3: Gegevens doorsnede IJssel op km 938,4 Tabel B.4: Gegevens doorsnede IJssel op km 938,9
Tabel B.5: Gegevens doorsnede IJssel op km 939,4 Tabel B.6: Gegevens doorsnede IJssel op km 939,9
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 84
de uiterwaard buiten de zomerkade en uiterwaard 2 de uiterwaard binnen de
zomerkade.
Ten behoeve van de ingreep wordt bij de berekeningen de bak die de uiterwaard
binnen de zomerkade weergeeft gesplitst in een deel van 600 meter breed en een deel
van 302 meter breed. Het eerste deel is het deel waarin de ingreep plaatsvindt.
km bodem zb breedte zb bodem uw1
breedte uw1
bodem uw2
breedte uw2
937,4 -1,12 104 5,62 709 5,67 636
937,9 -1,16 101 5,58 384 6,20 1097
938,4 -0,89 102 5,49 383 6,28 965
938,9 -1,02 103 5,23 453 6,06 510
939,4 -0,94 103 5,43 736 5,88 1529
939,9 -0,84 101 5,29 520 4,52 672
gem. -1,00 102,3 5,44 530.8 5,77 901,5
Tabel B.7: Bepaling afmeting geschematiseerde rivierprofiel.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 85
Bijlage C: Onderbouwing stromend water
Een ingreep in een rivier heeft alleen invloed bovenstrooms als het Froude-getal
kleiner is dan één – Fr < 1 –, terwijl bij een Froude-getal groter dan één - Fr > 1 - de
invloed alleen benedenstrooms is. In de eerste situatie is sprake van stromend water, in
de tweede situatie is sprake van schietend water. In de Nederlandse rivieren geldt de
eerste situatie, terwijl de tweede situatie van toepassing is in bergriviertjes [Ribberink,
J.S., 2004].
Het Froude-getal is als volgt te bepalen:
gh
uFr =
Het Froude-getal in deze case is tussen de 0,1 en 0,2.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 86
Bijlage D: Krachtenbalans palen
De krachten die palen in stromend water werken zijn: de zwaartekracht, Fg, de kracht
van de palen op het water, Fdrag en de bodemschuifspanning, Fs. Deze zijn te om te
zetten naar een kracht per volume hoeveelheid stromend water waarin zich palen
bevinden. Per kracht wordt de omzetting weergegeven. In figuur D.1 is een en ander
weergegeven.
Figuur D.1: Krachten en parameters ter bepaling van de krachten voor palen in stromend water.
Zwaartekracht Fg = m.g
Fg = ϕ.h.L.B.g
Zwaartekracht in x-richting: Fg;x = sin α . m . g
Sin α ≈ ib Fg;x = ϕ.h.L.B.g.ib
Omgezet naar bodemruwheid: τb Fg;x = ϕ.g.u2/Crep2 . B.L
Uitgedrukt in kracht per volume Fg = ϕ.g.u2/Crep2 . 1/h
Kracht door palen (drag-kracht) Fdrag = ½.ϕ.u2.CD.h.D
Aantal palen in gebied: n.B.L/Agebied Fdrag = ½.ϕ.u2.CD.h.D . n.B.L/Agebied
Uitgedrukt in kracht per volume Fdrag = ½.ϕ.u2.CD.Ar waarin :Ar = n.D/Agebied
Bodemschuifspanning Fs = τb.B.L
Fs = ϕ.g.u2/Cb2 . B.L
Uitgedrukt in kracht per volume Fs = ϕ.g.u2/Cb2 . 1/h
Fz
Paal
D
h
Verhang
Fw
α
α
Fzx
α
B
L
h Palen Fd
Fw
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 87
Bijlage E: Ruwheidwaarden ecotopen
In tabel E.1 is de ruwheid uitgedrukt in Nikuradse-ruwheid – k-waarde – per
ruwheidstype. De verschillende ruwheidstypen komen overeen met de ecotooptypen in
de uiterwaarden. De tabel is afkomstig uit [WL | Delft Hydraulics, 2001].
Tabel E.1: Ruwheidwaarden ecotopen.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 88
Bijlage F: Waterstand voor ingreep
De optredende waterstand, uitgaande van de schematisatie als gegeven in figuur 3.1
en de parameters als gegeven in tabel 3.1 is in Excel berekend met behulp van formules
[1] en [2]. In tabel F.1 is de berekening als uitgevoerd in Excel weergegeven.
Tabel F.1: Berekening waterstand vóór bebouwing in uiterwaarden.
Huidige situatie
Q vast m3/s 2459 = op te tellen afvoeren
Lengte km 2.5 = aan te passen waarden
Waterstand 7.83 = totale afvoer
Zomerbed
Uiterwaard buiten zomerkade
Uiterwaard met bebouwing binnen zk
Uiterwaard binnen zomerkade
B zb 102 B uw 531 B uw 600 B uw 302
waterstand 7.83 waterstand 7.83 waterstand 7.83 waterstand 7.83
bodem -1.00 bodem 5.44 bodem 5.77 bodem 5.77
h zb 8.83 h uw 2.39 h uw 2.06 h uw 2.06
ks uw 0.38 ks uw 0.38 ks uw 0.38
C zb 43 C uw 34 C uw 33 C uw 33
ib zb
0.0000900 ib uw
0.0000900 ib uw
0.0000900 ib uw
0.0000900
Q zb 1008 Q uw 627 Q uw 548 Q uw 275
Qtot 2459
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 89
Bijlage G: Waterstand na kalibratie
De optredende waterstand, na de kalibratie van het model is in tabel G.1
weergegeven.
Tabel G.1: Berekening waterstand vóór bebouwing in uiterwaarden, na kalibratie van het model.
Huidige situatie
Q vast m3/s 2459 = op te tellen afvoeren
Lengte km 2.5 = aan te passen waarden
Waterstand 8.33 = totale afvoer
Zomerbed
Uiterwaard buiten zomerkade
Uiterwaard met bebouwing binnen zk
Uiterwaard binnen zomerkade
B zb 102 B uw 531 B uw 600 B uw 302
waterstand 8.33 waterstand 8.33 waterstand 8.33 waterstand 8.33
bodem -1.00 bodem 5.44 bodem 5.77 bodem 5.77
h zb 9.33 h uw 2.89 h uw 2.56 h uw 2.56
ks uw 1.37 ks uw 1.37 ks uw 1.37
C zb 39 C uw 25 C uw 24 C uw 24
ib zb
0.0000900 ib uw
0.0000900 ib uw
0.0000900 ib uw
0.0000900
Q zb 988 Q uw 623 Q uw 565 Q uw 283
Qtot 2459
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 90
Bijlage H: Berekening ruwheidcoëfficiënt
Voor verschillende waterdiepten in de uiterwaarden waarin een ingreep zal plaatsvinden is in figuur H.1 de bijbehorende
weerstandscoëfficiënt berekend.
Tabel H.1: Weerstand coëfficiënt voor verschillende waterdiepten in uiterwaard.
g [m/s2] 9.81 Ar D aantal opp.
Kn bodem 0.38
Verhang (i) 0.00009 uitgangspunt 0.00604 0.5 18120
nu 0.000001 macro macro
Berekende Cd-waarden 18120 palen
zonder palen schatting zonder bodem correctie met bodem
R [m] (=h) C U [m/s] Re [-] C_D U [m/s] Re f factor U [m/s] Re C_D
0.50 21.57 0.14 7.24E+04 1.0 0.54 2.70E+05 13.96 0.26 0.14 69891 1.0
0.75 24.74 0.20 1.52E+05 1.2 0.49 2.47E+05 5.90 0.38 0.19 93975 1.2
1.00 26.99 0.26 2.56E+05 1.2 0.49 2.47E+05 3.72 0.46 0.23 113641 1.2
1.25 28.73 0.30 3.81E+05 1.2 0.49 2.47E+05 2.62 0.53 0.26 129658 1.2
1.50 30.16 0.35 5.26E+05 1.2 0.49 2.47E+05 1.98 0.58 0.29 142865 1.2
1.75 31.36 0.39 6.89E+05 1.1 0.52 2.58E+05 1.72 0.61 0.31 156425 1.1
2.00 32.41 0.43 8.70E+05 1.1 0.52 2.58E+05 1.41 0.64 0.33 166184 1.1
2.25 33.33 0.47 1.07E+06 1.1 0.52 2.58E+05 1.18 0.68 0.35 174519 1.1
2.50 34.15 0.51 1.28E+06 1.1 0.52 2.58E+05 1.01 0.70 0.36 181691 1.1
2.75 34.90 0.55 1.51E+06 1.1 0.52 2.58E+05 0.88 0.73 0.38 187907 1.1
3.00 35.58 0.58 1.75E+06 1.1 0.52 2.58E+05 0.78 0.75 0.39 193330 1.1
3.25 36.20 0.62 2.01E+06 1.1 0.52 2.58E+05 0.69 0.77 0.40 198091 1.1
3.50 36.78 0.65 2.28E+06 1.1 0.52 2.58E+05 0.62 0.78 0.40 202294 1.1
3.75 37.32 0.69 2.57E+06 1.1 0.52 2.58E+05 0.57 0.80 0.41 206025 1.1
4.00 37.83 0.72 2.87E+06 1.1 0.52 2.58E+05 0.52 0.81 0.42 209354 1.1
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 91
Bijlage I: Waterstand na ingreep en kalibratie
Berekende waterstanden na het uitvoeren van de ingreep, op 500 meter vanaf het
begin van de ingreep, op 2500 meter vanaf het begin van de ingreep – dit is de plaats
met de maximale waterstandstijging – en op 3000 meter vanaf het begin van de ingreep
– 500 meter bovenstrooms van de ingreep.
X = 500 m
Zomerbed Uiterwaard buiten
zomerkade
U.w. binnen z.k;
ingreep
U.w. binnen z.k.; geen
ingreep
effect effect effect effect
BAK 1 0.0063 BAK 2 0.0063 BAK 3 0.0063 BAK 4 0.0063
waterst. 8.336 +NAP waterst. 8.336 +NAP waterst. 8.336 +NAP waterst. 8.336 +NAP
h500m 9.336 h500m 2.896 h500m 2.566 h500m 2.566
he 9.776 he 3.031 he 2.686 he 2.686
h0 9.330 h0 2.890 h0 2.560 h0 2.560
L1/2 24496 L1/2 7585 L1/2 6718 L1/2 6718
B 102 B 531 B 600 B 302
Q 1056.4 Q 681.7 Q 409.5 Q 311.5
C 39.0 C 25.8 C 16.4 C 24.9
R 8.20 R 3.00 R 2.67 R 2.64
i 0.00009 i 0.00009 i 0.00009 i 0.00009
Q0 988.8 622 565 283
Qtot = 2459.0
X = 2500 m
Zomerbed
Uiterwaard buiten
zomerkade
U.w. binnen
zomerk; ingreep
U.w. binnen z.k.; geen
ingreep
effect effect effect effect
BAK 1 0.0295 BAK 2 0.0295 BAK 3 0.0295 BAK 4 0.0295
waterst. 8.359 +NAP waterst. 8.360 +NAP waterst. 8.360 +NAP waterst. 8.360 +NAP
h2500m 9.3595 h2500m 2.920 h2500m 2.590 h2500m 2.590
he 9.762 he 3.035 he 2.690 he 2.690
h0 9.330 h0 2.890 h0 2.560 h0 2.560
L1/2 24507 L1/2 7582 L1/2 6715 L1/2 6715
B 102 B 531 B 600 B 302
Q 1054.5 Q 682.7 Q 410.0 Q 311.9
C 39.0 C 25.8 C 16.4 C 24.9
R 8.19 R 3.00 R 2.67 R 2.64
i 0.00009 i 0.00009 i 0.00009 i 0.00009
Q0 988.8 622 565 283
Qtot = 2459.0
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 92
X = 3000 m
Zomerbed
Uiterwaard buiten
zomerkade
U.w. binnen
zomerk; ingreep
U.w. binnen z.k.; geen
ingreep
effect effect effect effect
BAK 1 -0.001 BAK 2 -0.001 BAK 3 -0.001 BAK 4 -0.001
waterst. 8.359 +NAP waterst. 8.359 +NAP waterst. 8.358 +NAP waterst. 8.358 +NAP
h500m 9.3585 h500m 2.919 h500m 2.588 h500m 2.588
he 9.290 he 2.897 he 2.569 he 2.569
h0 9.3595 h0 2.9195 h0 2.5895 h0 2.5895
L1/2 25021 L1/2 7805 L1/2 6924 L1/2 6924
B 102 B 531 B 600 B 302
Q 982.8 Q 625.0 Q 567.0 Q 284.2
C 39.0 C 25.3 C 24.3 C 24.3
R 7.86 R 2.87 R 2.55 R 2.53
i 0.00009 i 0.00009 i 0.00009 i 0.00009
Q0 988.8 622 565 283
Qtot = 2459.0
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 93
Bijlage J: SOBEK ruwheid na ingreep
In tabel J.1 is de berekening weergegeven van de nieuwe ruwheid in de uiterwaard ter
plaatse van het bouwen op palen, in het geval van de case.
Tabel J.1: Berekening nieuwe ruwheid uiterwaard i.v.m bouwen op palen.
km 937,4 km 937,9 km 938,4 km 938,9 km 939,4 km 939,9
Strmv. opp (x1000) 693.5 692.0 628.0 680.0 828.0 790.0
Aantal palen (n) 1989 3904 4493 5745 1179 810
Aanstr. Opp (Ar) 0.001435 0.002821 0.003578 0.004225 0.000713 0.000513
kn = 0.25 m
Diepte (h) Ruwheid (kn), bepaalt met formule [18]
0.5 0.39 0.40 0.40 0.41 0.38 0.38
1 0.42 0.46 0.48 0.49 0.40 0.39
1.5 0.46 0.54 0.59 0.63 0.42 0.41
2 0.52 0.66 0.74 0.81 0.45 0.43
2.5 0.59 0.81 0.93 1.04 0.48 0.45
3 0.67 0.99 1.17 1.32 0.52 0.48
3.5 0.77 1.20 1.44 1.66 0.56 0.51
Ruwheid (kn), na kalibratie
Kalibratiefactor 4.22 4.22 4.22 4.22 4.22 1.73
Diepte (h) 0.5 0.09 0.09 0.10 0.10 0.09 0.22
1 0.10 0.11 0.11 0.12 0.09 0.23
1.5 0.11 0.13 0.14 0.15 0.10 0.24
2 0.12 0.16 0.18 0.19 0.11 0.25
2.5 0.14 0.19 0.22 0.25 0.11 0.26
3 0.16 0.23 0.28 0.31 0.12 0.28
3.5 0.18 0.28 0.34 0.39 0.13 0.29
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 94
Bijlage K: Afvoerreeks van 25 jaar
Figuur K.1 is de in de IJssel gemeten afvoerreeks van 25 jaar weergegeven, met behulp
waarvan de morfologische berekeningen met het SOBEK-Rijntakken model zijn
uitgevoerd.
Figuur K.1: Gemeten IJsselafvoer in 25 jaar.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 95
Bijlage L: Locatie maatregelen
In figuur L.1 is het deel van de uiterwaard weergegeven waar ontgraving plaats moet
vinden om het waterstandverhogende effect van het bouwen op palen in de Wilpsche
Klei te compenseren. Het gebied heeft een grootte van ongeveer 3,4 miljoen m2. Van
deze oppervlakte is ongeveer 2/3 deel stroomvoerend: alleen dit deel hoeft afgegraven
te worden. Het waterbergende gedeelte – ongeveer 1/3 deel – bevindt zich vooral in de
buurt van de winterdijk. De afgravingsdiepte varieert tussen de 0,3 meter en de 0,8
meter
Figuur L.1: Aangewezen gebied voor uiterwaardafgraving.
Afstudeeronderzoek Universiteit Twente
Jacob Harke 96
In figuur L.2 is aangegeven hoe de nevengeul kan komen te liggen in de uiterwaard
Wilpsche Klei. De gemiddelde bodembreedte van de nevengeul is 45 meter, terwijl dit
op maaiveldniveau ongeveer 55 meter is. De lengte van de nevengeul is ongeveer 3000
meter, waarvan ruim 300 meter in een bestaande waterplas ligt.
Figuur L.2: Aangewezen gebied voor nevengeul en bebouwing op palen.